《物理化学》课程实施大纲

1、物理化学课程实施大纲目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc477886475 1.教学理念 PAGEREF _Toc477886475 h 1 HYPERLINK l _Toc477886476 2.课程介绍 PAGEREF _Toc477886476 h 1 HYPERLINK l _Toc477886477 2.1课程的性质 PAGEREF _Toc477886477 h 1 HYPERLINK l _Toc477886478 2.2 课程在学科专业结构中的地位、作用 PAGEREF _Toc477886478 h 2 HYPERLINK l _Toc47

2、7886479 2.3课程的历史与文化传统 PAGEREF _Toc477886479 h 2 HYPERLINK l _Toc477886480 2.4课程的前沿及发展趋势 PAGEREF _Toc477886480 h 2 HYPERLINK l _Toc477886481 2.5课程与经济社会发展的关系 PAGEREF _Toc477886481 h 4 HYPERLINK l _Toc477886482 2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题 PAGEREF _Toc477886482 h 4 HYPERLINK l _Toc477886483 2.7学习本课程的必要性 PAGERE

3、F _Toc477886483 h 4 HYPERLINK l _Toc477886484 3.教师简介 PAGEREF _Toc477886484 h 4 HYPERLINK l _Toc477886485 4.先修课程 PAGEREF _Toc477886485 h 4 HYPERLINK l _Toc477886486 5.课程目标 PAGEREF _Toc477886486 h 5 HYPERLINK l _Toc477886487 5.1知识与技能方面 PAGEREF _Toc477886487 h 5 HYPERLINK l _Toc477886488 5.2过程与方法方面 PAG

4、EREF _Toc477886488 h 5 HYPERLINK l _Toc477886489 5.3情感、态度与价值观方面 PAGEREF _Toc477886489 h 5 HYPERLINK l _Toc477886490 6课程内容 PAGEREF _Toc477886490 h 5 HYPERLINK l _Toc477886491 6.1课程的内容概要 PAGEREF _Toc477886491 h 5 HYPERLINK l _Toc477886492 6.2教学重点、难点 PAGEREF _Toc477886492 h 5 HYPERLINK l _Toc477886493

5、6.3学时安排 PAGEREF _Toc477886493 h 6 HYPERLINK l _Toc477886494 7.课程实施 PAGEREF _Toc477886494 h 7 HYPERLINK l _Toc477886495 7.1教学单元一 第一章 电化学理论基础 PAGEREF _Toc477886495 h 7 HYPERLINK l _Toc477886496 7.1.1教学日期 PAGEREF _Toc477886496 h 7 HYPERLINK l _Toc477886497 7.1.2教学目标 PAGEREF _Toc477886497 h 7 HYPERLINK

6、l _Toc477886498 7.1.3教学内容 PAGEREF _Toc477886498 h 7 HYPERLINK l _Toc477886499 7.1.4教学过程 PAGEREF _Toc477886499 h 7 HYPERLINK l _Toc477886500 7.1.5教学方法 PAGEREF _Toc477886500 h 13 HYPERLINK l _Toc477886501 7.1.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886501 h 13 HYPERLINK l _Toc477886502 7.2教学单元二 第二章 化学电源 2.1 PAGEREF

7、 _Toc477886502 h 13 HYPERLINK l _Toc477886503 7.2.1教学日期 PAGEREF _Toc477886503 h 13 HYPERLINK l _Toc477886504 7.2.2教学目标 PAGEREF _Toc477886504 h 13 HYPERLINK l _Toc477886505 7.2.3教学内容 PAGEREF _Toc477886505 h 13 HYPERLINK l _Toc477886506 7.2.4教学过程 PAGEREF _Toc477886506 h 14 HYPERLINK l _Toc477886507 7.

8、2.5教学方法 PAGEREF _Toc477886507 h 20 HYPERLINK l _Toc477886508 7.2.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886508 h 20 HYPERLINK l _Toc477886509 7.3教学单元三 第二章 化学电源 2.2 PAGEREF _Toc477886509 h 20 HYPERLINK l _Toc477886510 7.3.1教学日期 PAGEREF _Toc477886510 h 20 HYPERLINK l _Toc477886511 7.3.2教学目标 PAGEREF _Toc477886511 h

9、 20 HYPERLINK l _Toc477886512 7.3.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886512 h 21 HYPERLINK l _Toc477886513 7.3.4教学过程 PAGEREF _Toc477886513 h 21 HYPERLINK l _Toc477886514 7.3.5教学方法 PAGEREF _Toc477886514 h 26 HYPERLINK l _Toc477886515 7.3.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886515 h 26 HYPERLINK l _Toc477886516 7.4教学

10、单元四 第二章 化学电源 2.32.4 PAGEREF _Toc477886516 h 27 HYPERLINK l _Toc477886517 7.4.1教学日期 PAGEREF _Toc477886517 h 27 HYPERLINK l _Toc477886518 7.4.2教学目标 PAGEREF _Toc477886518 h 27 HYPERLINK l _Toc477886519 7.4.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886519 h 27 HYPERLINK l _Toc477886520 7.4.4教学过程 PAGEREF _Toc47788652

11、0 h 27 HYPERLINK l _Toc477886521 7.4.5教学方法 PAGEREF _Toc477886521 h 37 HYPERLINK l _Toc477886522 7.4.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886522 h 37 HYPERLINK l _Toc477886523 7.5教学单元五 第三章 金属的表面精饰 3.1 PAGEREF _Toc477886523 h 37 HYPERLINK l _Toc477886524 7.5.1教学日期 PAGEREF _Toc477886524 h 37 HYPERLINK l _Toc47788

12、6525 7.5.2教学目标 PAGEREF _Toc477886525 h 38 HYPERLINK l _Toc477886526 7.5.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886526 h 38 HYPERLINK l _Toc477886527 7.5.4教学过程 PAGEREF _Toc477886527 h 38 HYPERLINK l _Toc477886528 7.5.5教学方法 PAGEREF _Toc477886528 h 44 HYPERLINK l _Toc477886529 7.5.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc47788652

13、9 h 44 HYPERLINK l _Toc477886530 7.6教学单元六 第三章 金属的表面精饰 3.2 3.3 3.4 PAGEREF _Toc477886530 h 44 HYPERLINK l _Toc477886531 7.6.1教学日期 PAGEREF _Toc477886531 h 44 HYPERLINK l _Toc477886532 7.6.2教学目标 PAGEREF _Toc477886532 h 44 HYPERLINK l _Toc477886533 7.6.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886533 h 44 HYPERLINK

14、l _Toc477886534 7.6.4教学过程 PAGEREF _Toc477886534 h 45 HYPERLINK l _Toc477886535 7.6.5教学方法 PAGEREF _Toc477886535 h 54 HYPERLINK l _Toc477886536 7.6.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886536 h 54 HYPERLINK l _Toc477886537 7.7教学单元七 第四章 无机物的电解工业 4.1 4.2 PAGEREF _Toc477886537 h 54 HYPERLINK l _Toc477886538 7.7.1教学

15、日期 PAGEREF _Toc477886538 h 54 HYPERLINK l _Toc477886539 7.7.2教学目标 PAGEREF _Toc477886539 h 54 HYPERLINK l _Toc477886540 7.7.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886540 h 54 HYPERLINK l _Toc477886541 7.7.4教学过程 PAGEREF _Toc477886541 h 54 HYPERLINK l _Toc477886542 7.7.5教学方法 PAGEREF _Toc477886542 h 61 HYPERLINK

16、l _Toc477886543 7.7.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886543 h 61 HYPERLINK l _Toc477886544 7.8教学单元八 第四章 无机物的电解工业 4.3 4.44.5 4.6 PAGEREF _Toc477886544 h 61 HYPERLINK l _Toc477886545 7.8.1教学日期 PAGEREF _Toc477886545 h 61 HYPERLINK l _Toc477886546 7.8.2教学目标 PAGEREF _Toc477886546 h 61 HYPERLINK l _Toc477886547

17、7.8.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886547 h 61 HYPERLINK l _Toc477886548 7.8.4教学过程 PAGEREF _Toc477886548 h 62 HYPERLINK l _Toc477886549 7.8.5教学方法 PAGEREF _Toc477886549 h 66 HYPERLINK l _Toc477886550 7.8.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886550 h 66 HYPERLINK l _Toc477886551 7.9教学单元九 第五章 有机电合成 第六章 电化学传感器 PAGER

18、EF _Toc477886551 h 66 HYPERLINK l _Toc477886552 7.9.1教学日期 PAGEREF _Toc477886552 h 66 HYPERLINK l _Toc477886553 7.9.2教学目标 PAGEREF _Toc477886553 h 66 HYPERLINK l _Toc477886554 7.9.3教学内容 PAGEREF _Toc477886554 h 67 HYPERLINK l _Toc477886555 7.9.4教学过程 PAGEREF _Toc477886555 h 67 HYPERLINK l _Toc477886556

19、7.9.5教学方法 PAGEREF _Toc477886556 h 73 HYPERLINK l _Toc477886557 7.9.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886557 h 73 HYPERLINK l _Toc477886558 7.10教学单元十 第七章 电化学腐蚀与防护 PAGEREF _Toc477886558 h 73 HYPERLINK l _Toc477886559 7.10.1教学日期 PAGEREF _Toc477886559 h 73 HYPERLINK l _Toc477886560 7.11.2教学目标 PAGEREF _Toc477886

20、560 h 73 HYPERLINK l _Toc477886561 7.10.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886561 h 74 HYPERLINK l _Toc477886562 7.10.4教学过程 PAGEREF _Toc477886562 h 74 HYPERLINK l _Toc477886563 7.10.5教学方法 PAGEREF _Toc477886563 h 77 HYPERLINK l _Toc477886564 7.10.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886564 h 77 HYPERLINK l _Toc477886

21、565 7.10教学单元十一 复习总结 PAGEREF _Toc477886565 h 77 HYPERLINK l _Toc477886566 7.11.1教学日期 PAGEREF _Toc477886566 h 77 HYPERLINK l _Toc477886567 7.11.2教学目标 PAGEREF _Toc477886567 h 77 HYPERLINK l _Toc477886568 7.11.3教学内容（含重点、难点） PAGEREF _Toc477886568 h 77 HYPERLINK l _Toc477886569 7.11.4教学过程 PAGEREF _Toc4778

22、86569 h 77 HYPERLINK l _Toc477886570 7.11.5教学方法 PAGEREF _Toc477886570 h 77 HYPERLINK l _Toc477886571 7.11.6作业安排及课后反思 PAGEREF _Toc477886571 h 77 HYPERLINK l _Toc477886572 实验 PAGEREF _Toc477886572 h 78 HYPERLINK l _Toc477886573 实验1 极化曲线的测定 PAGEREF _Toc477886573 h 78 HYPERLINK l _Toc477886574 实验2 循环伏安曲

23、线的测定 PAGEREF _Toc477886574 h 81 HYPERLINK l _Toc477886575 实验3 Ni-Co合金的电沉积 PAGEREF _Toc477886575 h 85 HYPERLINK l _Toc477886576 8课程要求 PAGEREF _Toc477886576 h 87 HYPERLINK l _Toc477886577 8.1学生自学要求 PAGEREF _Toc477886577 h 87 HYPERLINK l _Toc477886578 8.2课外阅读要求 PAGEREF _Toc477886578 h 87 HYPERLINK l _T

24、oc477886579 8.3课堂讨论要求 PAGEREF _Toc477886579 h 87 HYPERLINK l _Toc477886580 9课程考核 PAGEREF _Toc477886580 h 87 HYPERLINK l _Toc477886581 9.1出勤（迟到、早退等）、作业、报告等的要求 PAGEREF _Toc477886581 h 87 HYPERLINK l _Toc477886582 9.2成绩的构成与评分规则说明 PAGEREF _Toc477886582 h 87 HYPERLINK l _Toc477886583 9.3考试形式及说明 PAGEREF _

25、Toc477886583 h 88 HYPERLINK l _Toc477886584 期末以闭卷考试的形式对学生学习情况进行考察：考试内容包括教材内容（70%）和文献及实际应用相关的解答题（30%）。 PAGEREF _Toc477886584 h 88 HYPERLINK l _Toc477886585 10学术诚信 PAGEREF _Toc477886585 h 88 HYPERLINK l _Toc477886586 10.1考试违规与作弊处理 PAGEREF _Toc477886586 h 88 HYPERLINK l _Toc477886587 10.2杜撰数据、信息处理等 PAG

26、EREF _Toc477886587 h 88 HYPERLINK l _Toc477886588 10.3学术剽窃处理等 PAGEREF _Toc477886588 h 88 HYPERLINK l _Toc477886589 11课堂规范 PAGEREF _Toc477886589 h 88 HYPERLINK l _Toc477886590 11.1课堂纪律 PAGEREF _Toc477886590 h 88 HYPERLINK l _Toc477886591 11.2课堂礼仪 PAGEREF _Toc477886591 h 89 HYPERLINK l _Toc477886592 1

27、2课程资源 PAGEREF _Toc477886592 h 89 HYPERLINK l _Toc477886593 12.1教材与参考书 PAGEREF _Toc477886593 h 89 HYPERLINK l _Toc477886594 12.2专业学术著作 PAGEREF _Toc477886594 h 89 HYPERLINK l _Toc477886595 12.3专业刊物 PAGEREF _Toc477886595 h 89 HYPERLINK l _Toc477886596 12.4网络课程资源 PAGEREF _Toc477886596 h 89 HYPERLINK l _

28、Toc477886597 13教学合约 PAGEREF _Toc477886597 h 90 HYPERLINK l _Toc477886598 13.1阅读课程实施大纲，理解其内容 PAGEREF _Toc477886598 h 90 HYPERLINK l _Toc477886599 13.2同意遵守课程实施大纲中阐述的标准和期望 PAGEREF _Toc477886599 h 90- PAGE 92 -1.教学理念应用电化学是将有关的电化学原理应用于与实际生产过程相关的领域，它不仅与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等学科相关，还渗透到环境科学、能源科学、生物学和金属工业等领域。其任

29、务是多种多样的，涉及电化学新能源体系的开发和利用，金属的表面精饰，电化学腐蚀和防腐，电化学传感器的开发以及无机、有机化合物的电解合成等，应用电化学在国民经济中的作用正日益加强，这就需要我们掌握电化学理论和方法，并应用于实际中，为电化学基础学科和应用技术的发展做出进一步的贡献。基于我校人才培养要求和学生自身特点，本门课程的基本教学理念为“牢固基础，学以致用，全面提升学生的综合应用能力”。知识更新日新月异，课本上所学的理论往往与实际应用存在较大的差异。因此，教学过程中不仅需要向学生讲解重要的理论知识，还必须联系实际应用情况，将理论与实践相结让学生对电化学的应用有更全面的认识，全面提升学生的综合应用

30、能力。“牢固基础”就是根据本门课程的教学目标，在教学过程中我将立足于应用电化学基础知识、理论，着眼于培养同学们分析问题、解决问题的能力，促进大家理论联系实际，激发你们的创新创造思维，让你们能够熟练应用电化学的相关理论发现问题、分析问题并解决问题，从而为今后的学习、工作打下坚实的基础。“学以致用”，大学教育与中学教育的区别主要在于应用还是应试，大学是培养社会紧缺性人才的地方，大学毕业大多学生都将面临就业问题，因此培养学生工作能力是大学教育的重要任务之一。很多大学生在课程的学习上仍然延续着中学应试教育的思想，在教学过程中，在纠正学生思想的同时还必须教会学生对所学知识的应用。理论不能结合实际终究只能

31、是理论，实践没有理论只会成为“无根之木”，在本门课程中应向学生多介绍最新的应用电化学应用成果，真正实现学生对理论知识的掌握和应用。2.课程介绍2.1课程的性质应用电化学是应用化学专业或化学专业的一门专业任选课，是一门利用电化学基本原理，解决科学研究和生产实际中涉及电化学应用领域内有关金属腐蚀、金属电沉积及化学电源等方面的实际问题的课程。2.2 课程在学科专业结构中的地位、作用应用电化学是高等院校应用化学专业的一门主要专业方向课程。本课程目的是在已学过一些先修课程的基础上，运用数学、物理的有关理论、方法和电化学基本原理，解决科学研究和生产实际中涉及电化学应用领域内有关金属腐蚀、金属电沉积及化学电

32、源等方面的实际问题。其任务是使学生了解各种化学电源的基本原理、结构和制造过程，以及利用电解制造金属、电镀层和各种不同化学产品的可能途径。为学生将来从事电化学工业领域工作、科学研究及开拓新技术打下坚实基础。系统地学习电化学的基础知识和实验技术、技能，培养科学的素养和创新能力，是培养和造就高级化学、化工科技人才和化学教学工作者的要求。2.3课程的历史与文化传统电化学是一门古老而又年轻的学科，一般公认电化学起源于1791年意大利解剖学家伽伐尼(Gal一vani)发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象。早期电化学发展的四大事件(1)1780年伽伐尼在青蛙解剖实验中发现当青蛙的四条腿猛烈痉挛时

33、，会引起起电机的发出火花，由这个意外的发现伽伐尼在1791年发表了生物学与电化学之间存在联系的现象。(2)1833年天才实验家法拉第在经过大量实验之后提出了“电解定律”:m=QM/nF。“电解定律”作为电化学的基础为电化学的发展指明了方向。(3)1839年格罗夫发明燃料电池，利用铂黑作为电极的氢氧燃料电池点燃了演讲厅的照明灯，从此燃料电池进入了历史的舞台。燃料电池发展到现在已经有了实质性的飞跃。(4)1905年塔菲尔通过实验获得了塔菲尔经验公式：=a+blgi; i=Aexp(B/RT)其中a,b称为塔菲尔常数，由电解槽性质决定。在经历了一个多世纪以后，电化学科学的发展和成就举世瞩目，无论是基

34、础研究还是技术应用，从理论到方法，都有许多重大突破。电化学科学的发展，推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题，已经作出并正在作出巨大的贡献。2.4课程的前沿及发展趋势20 世纪后50年，在电化学的发展史上出现了两个里程碑：Heyrovsky 因创立极谱技术而获得1959 年的诺贝尔化学奖，Marcus 因电子传递理论(包括匀相和异相体系的电子传递) 而获得1992 年的诺贝尔化学奖。Marcus 工作的开拓性部分是在50 年代后期创立的。这一时期，电化学在理论、实验和应用领域均有长足的、关键的发展，并且主要集中在界面电化学(包括

35、界面结构、界面电子传递和表面电化学)。20世纪后50 年是电化学新体系研究和实验信息的丰产期。实验上发现了一些有重要意义的表面光谱效应，包括金属、半导体电极的电反射效应，金属电极表面红外光谱选律，表面分子振动光谱的电化学Stark 效应，表面增强拉曼散射效应，表面增强红外吸收效应。这一时期电化学应用技术也有不小的突破。发明了对信息技术至关重要的锂离子二次电池，镍氢化物电池和导电聚合物电池。被誉为21 世纪“绿色”发电站和解决电动汽车动力最佳选择的燃料电池,从实验室研究进入商品化的前夕，已筛选出最有商品化希望的四种燃料电池:磷酸燃料电池(PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，固体氧化物燃料

36、电池(SOFC)和聚合物电解质燃料电池(PEFC)，此外甲醇直接燃料电池的实验室研究也倍受重视。电催化氧化物电极,例如二氧化钌电极在电解工业的应用，引来了氯碱工业的一场革命。表面功能电沉积给古老的电镀工业带来了新生、钝化、表面处理、涂层、缓蚀剂、阴极和阳极保护等技术在金属防腐蚀中的广泛应用，保证金属成为现代社会的支柱材料成为可能。21 世纪的前期，界面电化学的分子、原子水平研究仍然是电化学理论研究的重点，主要有：界面结构微观模型的进一步完善，尤其是离子特性吸附结构模型和半导体-溶液界面微观模型的建立，界面结构微观模型在界面传荷动力学和表面电化学中的应用；Marcus 固-液界面电子传递理论的进

37、一步完善，建立内球过程的电子传递理论，电子传递理论的进一步实验验证，以及在电化学新体系中的应用；化学键合吸附(包括电催化过程的吸附) 的量子化学模型及计算、表面化学键的性质；纳微米体系的界面结构、界面动电现象、界面电子传递、光电过程、发光过程等实验和理论。21 世纪，由于材料、能源、信息、生命、环境对电化学技术的要求，电化学新体系和新材料的研究将有较大的发展。目前可预见的有:1) 纳米材料的电化学合成；2) 纳米电子学中元器件、集成电路板、纳米电池、纳米光源的电化学制备；3) 微系统、芯片实验室的电化学加工以及界面动电现象在驱动微液流中的应用；4) 电动汽车的化学电源和信息产业的配套电源；5)

38、 氢能源的电解制备；6) 太阳能利用实用化中的固态光电化学电池和光催化合成；7) 消除环境污染的光催化技术和电化学技术；8) 玻璃、陶瓷、织物等的自洁、杀菌技术中的光催化和光诱导表面能技术；9) 生物大分子、活性小分子、药物分子的电化学研究;=；10) 微型电化学传感器的研制。21 世纪前期，电化学实验技术估计不会有大的突破，我国电化学队伍中的量子电化学力量相对薄弱，而21 世纪前期电化学的机会将较多地赋予电化学新体系。因此，我国电化学研究应当向电化学新体系研究倾斜，包括研制电化学体系新材料，新体系的结构和性能，新体系的应用基础等的研究。2.5课程与经济社会发展的关系应用电化学课程与科学研究和

39、生产实践有着密切联系，在化工、冶金、化学电源、金属腐蚀与保护、电化学加工以及电化学分析等工业部门中占有很重要的地位。同时在高新技术领域，如新能源、新材料、生物化工等方面有广泛应用。应用电化学的发展对国民经济社会增长起着举足轻重的作用。2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题在应用电化学的学习过程中，对科学本质的探索可以不断提高自身的科学素养，逐步建立起乐观的生活态度、求实的科学精神和宽容的人生观，从内心建构起对真、善、美的价值追求以及人与自然和谐发展的理念，形成健康向上的人生观价值观和世界观。2.7学习本课程的必要性通过本课程的学习，使学生了解电化学基础知识及基本原理，初步学会分析和解决电化学

40、应用领域中各种实际问题的能力。同时也是培养学生用应用电化学原理处理实际问题的兴趣和能力，为学生进一步深造补充必要的知识，打下良好基础。3.教师简介 4.先修课程高等数学、物理、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和化工原理等。5.课程目标5.1知识与技能方面（1）通过本课程的学习，使学生了解电化学基础知识及基本原理，初步学会分析和解决电化学应用领域中各种实际问题的能力。（2）通过教学的各个环节，要求学生了解化学能转变为电能的过程，以及利用电能制造金属，电镀层和各种不同化学产品的可能途径。 （3）通过课内教学、讨论，培养学生具备坚实的专业基础知识，对电化学工业领域有深刻的了解。5.2过程与方法

41、方面（1）能够熟记应用电化学相关概念及定义（2）在对应用电化学基本理论理解的基础上，对电化学的应用有进一步的理解，能够在学习过程中养成发现问题、分析问题的能力。（3）学会查阅资料，通过查阅文献、书籍等总结应用电化学的最新研究进展及成果，提升获取信息的能力（4）能够主动与老师、同学交流所学知识，养成自主学习的好习惯5.3情感、态度与价值观方面（1）在学习过程中会思考、会学习，能主动思考学习过程中遇到的问题。（2）让学生在学习中寻找乐趣，增强对本门课程的兴趣。（3）提升学生交流学习的能力，同时让学生在交流的过程中掌握更多的知识。6课程内容6.1课程的内容概要（1）电化学基础（2）化学电源；（3）金

42、属表面精饰；（4）无机物的电解工业；（5）电化学传感器概述；（6）电化学腐蚀与防护。6.2教学重点、难点重点：本课程的有关基本理论和基本概念，常用化学电源的种类及充放电原理，有机、无机电解工业的原理及工艺，金属的表面修饰和金属的腐蚀及防腐。难点：电化学的基本原理，有机、无机电解原理，金属防腐6.3学时安排本课程总教学时数为 38学时，其中理论课22学时，实验16学时。具体教学内容及学时安排如下表：序号章 节 内 容学 时 分 配合计讲课实验习题课1第一章 电化学理论基础222第二章 化学电源2.1 概述2232.2 一次电池1142.3 二次电池2252.4 燃料电池116第三章 金属的表面精

43、饰3.1 金属电沉积和电镀原理2273.2 电镀过程1183.3 金属的阳极氧化3.4 电泳涂装技术119第四章 无机物的电解工业4.1 概述11104.2 氯碱工业11104.3 氯酸盐和高氯酸盐的电合成4.4 锰化合物的电解合成11114.5 电解法生产过氧化氢4.6 水的电解1112第五章有机电合成1112第六章电化学传感器概述1113第七章 电化学腐蚀与防护2214复习总结课22115实验1 极化曲线的测定5516实验2 循环伏安曲线的测定6617实验3 Ni-Co合金的电沉积557.课程实施7.1教学单元一 第一章 电化学理论基础 7.1.1教学日期第10周，周四78节。7.1.2教

44、学目标1.了解电化学在生产实际、科研工作中的意义；2.熟悉电极、隔膜、电解质溶液等基本单元；3.掌握可逆和不可逆电化学过程的热力学函数关系。7.1.3教学内容电化学体系的基本单元；电化学过程热力学；非法拉第过程和影响电极反应速度的因素。重 点：1.工作电极、辅助电极、参比电极概念；2.电化学状态函数相互转换关系。3.电子迁移反应机理分析4.电极极化难 点：1.电极反应机理 2.动力学方程的推导及处理方法。7.1.4教学过程1.1 电化学体系的基本单元电化学：研究电能和化学能之间相互转化及转化规律的科学。研究内容：包括电解质溶液理论、电化学热力学、电化学动力学、电化学应用。应用电化学：包括电化学

45、新能源体系的开发和利用、金属的表面精饰、电化腐蚀和防腐、电化学传感器的开发、无机有机化合物的电解合成。1.电极(electrode)电极：多相体系，为电子导体或半导体，实现电能的输入或输出，是实现电极反应的场所。三电极体系：工作电极、参比电极、辅助电极电源：正、负极； 电解池：阴、阳极。2.隔膜(diaphragm)将电解槽分隔为阳极区和阴极区，保证阴极、阳极上的反应物、产物不互相接触和干扰。可以采用玻璃滤板隔膜、盐桥、离子交换膜等，离子可以透过隔膜。工业上：使用多孔膜、离子交换膜（阳离子交换膜、阴离子交换膜）。3.电解质(electrolyte)溶液是电极间电子传递的媒介，由溶剂、电解质盐（

46、支持电解质）(supporting electrolyte)、电活性物质组成，分成三类：水溶液体系、有机溶剂体系、熔融盐体系。4.电解池的设计与安装电化学电解池(electrochemical cell)：包括电极、电解液、一个连通的容器。注意：1.2 电化学过程热力学可逆电化学过程的热力学可逆电动势：当电流趋近于0时，构成原电池各相界面的电势差的代数和。等温等压可逆电池反应：体系Gibbs自由能的减少=对外界所做的最大非体积功。当非体积功只有电功Wf,max，则 （1.1）当电池反应的进度=1mol， （1.2）N电池输出电位电荷的物质的量Z电极反应中电子的计量系数各物质处于标准状态时： （

47、1.3） （1.4）导出： （1.5）标准电动势电池反应的平衡常数 （1.6） 温度系数电池短路时（不作电功，直接发生化学反应）热效应 （电池反应的熵变） （1.7）等温可逆电池反应热效应： （1.8）由的正、负，确定可逆电池是吸热、放热（“+”吸热，“”放热）。体积功为0时，由热力学第一定律，得电池反应内能变化为： （1.9）电子不可逆电化学过程的热力学实际电化学过程有一定电流通过，为不可逆过程。等温、等压、反应进度=1mol时，不可逆电池的、与可逆电池相同： W、Q不同，不可逆过程电功为： （1.10）V电池端电压热效应： （1.11）其中：为电池可逆放电时产生的热效应；：为电化学极化、浓

48、差极化、电极和溶液电阻引起的电压降，克服电池内各种阻力放出的热量。等温、等压、=1mol、不可逆电解反应，电功： （1.12）不可逆电解过程热效应： （1.13）：可逆电解时吸收的热量；：克服电解过程各阻力放出的热量1.3 非法拉第过程和影响电极反应速度的因素一、电极反应种类和机理（自学）基本电荷迁移过程：阴极还原过程：Ox + ne Red阳极氧化过程：Red Ox + ne简单电子迁移反应：电极/溶液界面的溶液一侧的氧化、还原物种借助于电极得到或失去电子，生成还原或氧化态的物种而溶解于溶液中，电极在经历氧化-还原后其物理化学性质、表面状态等不发生改变。如Pt电极上： Fe3+ + e Fe

49、2+金属沉积反应：溶液中的金属离子从电极上得到电子还原为金属，附着于电极表面，电极表面状态与沉积前相比发生了变化。如Cu电极上Cu2+的还原。表面膜的转移反应：覆盖于电极表面的物种（电极一侧）经过氧化还原形成另一种附着于电极表面的物种（氧化物、氢氧化物、硫酸盐等）。比如：铅酸电池中正极的放电反应，PbO2还原为PbSO4。PbO2(s) + 4H+ + SO42- + 2e PbSO4(s) + 2H2O伴随着化学反应的电子迁移反应：存在于溶液中的氧化或还原物种借助于电极实施电子传递反应之前或之后发生的化学反应。多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应：气相中的气体溶解于溶液后，在扩散到电极表面

50、，借助于气体扩散电极得到或失去电子，提高了电极过程的电流效率。气体析出反应：某些存在于溶液中的非金属离子借助于电极发生还原、氧化反应产生气体而析出。反应过程中，电解液中非金属离子的浓度不断减小。腐蚀反应：金属的溶解反应，金属或非金属在一定的介质中发生溶解，电极的重量不断减轻。二、伴随着化学反应的电子迁移反应机理CE机理：在发生电子迁移反应之前发生了化学反应，通式为：X Ox + ne RedEC机理：在电极/溶液界面发生电子迁移反应后又发生了化学反应。通式为： Ox + ze Red X 催化机理：EC机理中的一种，在电极和溶液之间的电子传递反应，通过电极表面物种氧化-还原的媒介作用，使反应在

51、比裸电极低的超电势下发生，属于“外壳层”催化。 通式： Ox + ne Red E步骤Red + X Ox + Y C步骤ECE机理：氧化还原物种先在电极上发生电子迁移反应，接着又发生化学反应，在此两反应后又发生电子迁移反应，生成产物。如对亚硝基苯酚的还原。三、电化学实验及电化学电池的变量（自学）电化学电池：原电池、电解池。影响电极反应速度的主要变量：电极变量：材料、表面积（A）、几何形状、表面状态物质传递变量：模型（扩散、对流）、表面浓度、吸附溶液的变量：电活性物质的本体浓度（Cox、CR）、其他物质的浓度（电解质、pH等）、溶剂外部变量：温度（T）、压力（p）、时间（t）电学变量：电势（E

52、）、电流（i）、电量（Q）电化学测定方法的优点：测定简单：可将一般难以测定的化学量直接转变成容易测定的电参数；测定灵敏度高；即时性；经济性。四、影响电极反应速度的因素及电极的极化电极反应：Ox + ze Red （1.14）电化学反应速度的大小可以用通过的电流大小表示，由于电极反应是异相，其反应速度通常用单位面积的电流密度来表示，即： （JA/cm2） （1.15）对于发生于异相界面的电极反应，施加在工作电极上的电势表示了电极反应的难易程度，流过的电流表示了电极表面上所发生反应的速度。电极反应的速度由一系列过程所控制：物质传递：反应物从本体相传递到电极表面，产物从电极表面传递到本体溶液。电极/

53、溶液界面的电子传递（异相过程）。电荷传递反应前置或后续的化学反应：可能是均相和异相过程。吸脱附：电沉积等其他的表面反应。极化(polarization)：当法拉第电流通过电极时，电极电势偏离平衡值的现象。电极电势偏离平衡值越大，极化的程度越大，通常用超电势(overpotential)来表示，即= E - Eeq。阴极极化使电极电势变负（=eq-c），阳极极化使电极电势变正（=a-eq）。通过的电流越大，电极电势偏离平衡值越大，超电势越大。极化分为：浓差极化：因浓度梯度存在而引起，其超电势称为浓差超电势（mt）。电化学极化：因电荷传递步骤控制而引起，其超电势称为电化学极化超电势（rct）。化学

54、极化：伴随化学反应而产生的极化，其超电势称为化学反应超电势（rxn）。电极反应动力学简介五、电极反应的特点：电极反应的速度不仅与温度、压力、溶液介质、固体表面状态、传质条件等有关，而且受施加于电极/溶液界面电位影响。在许多电化学反应中，电极电势每改变1V可使电极反应速度改变1010倍，电极反应的速度可以通过改变电极电势加以控制（因为通过外部施加到电极上的电位可以自由地改变反应的活化能）。电极反应的速度还依赖于电极/电解质溶液界面的双电层结构，电极反应的速度可以通过修饰电极的表面而改变。7.1.5教学方法课堂讲授，课堂讨论，课后练习，辅以学生提问思考7.1.6作业安排及课后反思（1）试说明参比电

55、极应具有的性能和用途。（2）电化学极化、浓差极化的定义？（3）说明H（焓）、F（亥姆霍兹自由能）、G（吉布斯自由能）、U（内能）之间的关系。； ； 7.2教学单元二 第二章 化学电源 2.1 7.2.1教学日期第11周，周一34节。7.2.2教学目标1.了解化学电源的有关概念；2.掌握电动势、开路电压、工作电压、内阻、电池容量、比能量、比功率、电池寿命、自放电等概念；3.熟悉电池的性能指标、掌握选择电池的标准。7.2.3教学内容主要术语，化学电源的主要性能，化学电源的选择和应用重 点：化学电源的主要性能难 点：化学电源的性能参数7.2.4教学过程2.1.1 主要术语化学电源（电池）：将氧化还原

56、反应的化学能直接转变为电能的装置。放电过程：化学电源对外电路供给能量的过程。充电过程：化学电源从外电路获得能量的过程。电池组：由两个或多个电池以串联、并联或串并联形式组合而成。化学电源分为：一次电池（原电池）、二次电池（可充电池、蓄电池）、储备电池、燃料电池。化学电源：原则上是由两种不同的电极材料（正、负极）和用以将两个电极分隔开的隔膜、电解液、外壳等组成。正极、负极：由相应的活性物质、添加剂组成。活性物质：在电池充放电过程中参与电极反应，影响电池容量和性能的物质。正极活性物质的电极电势越高，负极活性物质的电极电势越负，电池的电动势越大。活性物质的电化学活性高，电极反应的速度就快，电池的电性能

57、越好。电池的负极一般选用较活泼的金属，正极一般选用金属氧化物。添加剂：有能提高电极导电性能的导电剂（如金属粉、碳粉）、增加活性物质黏结力的黏结剂（如聚四氟乙烯和聚乙烯）、能延缓金属电极腐蚀的缓蚀剂等。活性物质通常是构成一种糊状电极，需要用集电器作为支持体。集电器通常是一个金属栅板或导电的非金属棒（如碳棒），提供电子传导路线。集电器应轻，化学稳定性应好。电解液：是决定电池性能必不可少的重要因素，要求有高的导电率，化学稳定性好，不易挥发，易于长期储存。常见的是电解质的水溶液、有机介质溶液，也有固体。溶剂；要求在电池充放电的电位范围内具有高的化学稳定性和好的流动性能。隔膜：将电池正、负极分隔开以防止

58、两极直接接触而短路的无机或有机膜。要求具有高的离子传输能力，这样电池的内阻相应减小；应具有极低的电子导电能力、好的化学稳定性、一定的机械强度等。常用的隔膜有：浆层纸、微孔塑料、微孔橡胶、石棉、玻璃毡、全氟磺酸膜等。Li电池：常用聚丙烯、纤维纸作为隔膜。2.1.2化学电源的主要性能化学电源的电动势、开路电压电池的电动势（理论电压）E：没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差，其大小由电池反应的Gibbs自由能变化来决定。电池的电动势是放电的极限电压。电池的开路电压（OCV）：在无负荷情况下的电池电压，只有可逆电池的开路电压才等于电池电动势，一般电池的开路电压总小于电池的电动势。工作电压、

59、电池的内阻工作电压（V）：电池有电流流过时的端电压，它随输出电流的大小、放电深度和温度等变化而变化。当有电流流过电池时，会产生电化学极化、浓差极化、欧姆极化等，工作电压总低于开路电势。额定电压：电池工作时公认的标准电压。中点电压：电池放电期间的平均电压。截止电压：电池放电终止时的电压值，是放电倍率的函数，由电池制造商规定。当电池外加一负载时，外线路中有电流通过，电池对外做电功，工作电压为：放电时： （2.1）充电时： （2.2）E电动势，I工作电流+、-正极、负极的极化超电势R、R欧姆内阻、极化内阻化学电源的内阻：化学电源的电动势（或开路电压）与工作电压的差值除以通过的工作电流I所得到的值，由

60、欧姆内阻和极化内阻组成。 （2.3）极化内阻Rp表示为： （2.4）极化内阻是指电池工作时由于电化学极化和浓差极化而引起的，其大小与电极材料的本质、电池的结构、制造工艺和工作电流的大小等有关，为降低电池的极化内阻，电极一般做成多孔电极以提高电极的表面积，尽量选择电极反应时具有高交换电流密度的活性物质。欧姆内阻：为电池组件的离子电阻和电子电阻之和，包括电解液的欧姆内阻、电极材料上的固相欧姆电阻、隔膜电阻等。为减小欧姆内阻，需缩短正、负极间的距离，增加隔膜离子导电能力，使用具有高电导率的电解液。如果活性物质的导电性差，要加入导电剂以降低电极的欧姆内阻，使电池构型最佳化，保两极之间电流的均匀分布。电