《应用电化学》课程教学大纲

1、 应用电化学教学大纲课程编号 100096102课程名称 应用电化学高等教育层次：本科课程在培养方案中的地位：课程性质：必修对应于新能源材料与器件专业；属于：BZ专业课程基本模块开课学年及学期 三年级第二学期开设为好先修课程 a必须先修且考试通过的课程：无机化学， 物理化学 b必须先修过的课程：分析化学 c建议先修的课程: 仪器分析课程总学分：4.0，总学时:64； 课堂讲授40课时， 实验课程课时：24课时课程教学形式：0普通课程课程教学目标与教学效果评价课程教学目标（给出知识能力素养各方面的的具体教学结果）(必填)教学效果评价不及格及格，中良优1.掌握和理解电化学的基本概念和基本公式以及含

2、义的程度无法理解和表达基本概念和公式对电化学基本概念能基本掌握，对重要公式无法准确表达。对电化学概念能准确掌握，能完整准确表达重要公式，但不能灵活运用。能准确掌握、理解和准确表达电化学概念、重要公式，并能灵活运用。2. 掌握和理解基本电化学装置的组成以及各部分的作用的程度无法理解基本装置与各个部分的作用基本能理解基本装置与各个部分的作用能比较全面理解基本装置与各个部分的作用，并用于测量基本电化学参数。能比较全面理解基本装置与各个部分的作用，并能熟练使用电化学装置进行相关实验。3.掌握基本电化学技术的程度；基本不能理解和掌握基本电化学技术基本能掌握和理解电化学技术能比较准确理解电化学技术的含义并

3、基本能使用技术进行实验操作。能准确理解电化学技术的含义熟练使用技术进行操作，解释基本现象。4.掌握电极过程的概貌以及基本动力学步骤、行为特征的程度基本不能理解和掌握电极过程概貌、动力学步骤及特征大致理解和掌握电极过程概貌、动力学步骤及特征比较准确理解和描述电极过程概貌、动力学步骤及特征准确理解和描述电极过程概貌、动力学步骤及特征课程教学目标与所支撑的毕业要求对应关系毕业要求（指标点）编号毕业要求（指标点）内容课程教学目标（给出知识能力素养各方面的的具体教学结果）基础知识掌握储能材料与器件的电化学原理1.掌握和理解电化学的基本概念和基本公式以及含义的程度基础知识与技能掌握储能材料电化学行为的表征

4、；掌握储能器件的电化学行为表征；2. 掌握和理解基本电化学装置的组成以及各部分的作用的程度3.掌握基本电化学技术的程度；基本技能掌握电化学行为的解析并得出基本结论3.掌握基本电化学技术的程度；4.掌握电极过程的概貌以及基本动力学步骤、行为特征的程度 教学内容、学时分配、与进度安排教学内容学时分配所支撑的课程教学目标教学方法与策略（可结合教学形式描述）（选填）第一章 绪 论电化学概述、电化学基本概念；参比电极，电化学技术的分类;电极电势测量；实例， 31,2讲授、课堂讨论，课后练习与阅读。第二章电极/电解质界面电极电势测量； 实例，电解质基本性质、分类，电极溶液界面：结构，测量，基本结论；基本模

5、型，特性吸附；电势测量技术的应用41讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。随堂测试。第三章 电荷转移步骤动力学电极反应微观动力学：一般现象，极化概念、分类、规律、实例；极化的利用；极化的测量方法；氢超电势；理论模型；动力学方程及应用条件；51，3，4讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。随堂测试第四章 液相传质及恒电流/电势技术液相传质：分类与含义，传质的影响效果，传质模型；极化曲线方程，电势阶跃及响应，电势阶跃应用；电流阶跃及响应，电极形状与响应行为61，3，4讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。随堂测试第五章 电化学装置与电化学测量电化学测量一般原则、装置、电极、电极处理，测量误差及解决

6、方法；32讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。随堂测试第六章 极谱技术原理与应用滴汞电极与极谱，线性扫描，装置，特殊性，极谱图，特征参数与信息，理论分析；精确解析与近似解析， 影响因素；可逆/不可逆极谱，极谱中的重要干扰电流；极谱技术应用41，3，4讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。随堂测试第七章 循环伏安技术原理与应用循环伏安：原理、特征参数，电极过程机理分析与过程判断，干扰因素，循环伏安的应用41，3，4讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。随堂测试第八章 电化学工业无机电化学工业，有机电化学工业，工业电化学过程中的电化学原理41，3，4讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。随堂测试

7、第九章 现代电化学技术：现场紫外可见、石英晶体微天平，(超)微电极技术；修饰电极33,4讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读。第十章 金属电化学沉积、腐蚀与防护金属腐蚀类型；金属防腐蚀方法与钝化；金属沉积；储能过程中的电化学沉积/腐蚀以及相关电化学原理41，4讲授，提问，课堂讨论，课后练习与阅读实验一、Pt， Ag，Ni，GC电极上析氢行为与极化曲线(线性扫描)62，3实验报告实验二、K3Fe(CN)6 / K4Fe(CN)6在Pt、GC电极上的循环伏安行为。62，3实验报告实验三、Pt，GC电极在0.5mol/L H2SO4 + 1mol/L CH3OH 溶液中的循环伏安行为62，3实验报告

8、实验四、Ni电极在稀硫酸溶液中的钝化与活化(卤素离子影响)62，3实验报告考核与成绩评定： 实验课成绩(实验报告)占总成绩中的比例为25%、期末考试在总成绩中的比例为75%，考核方式：闭卷考试成绩构成：平时考查：课堂随堂考察，作为出勤率、课堂听讲效果的判断依据，根据效果及时弥补出现的问题。平均三课时抽查一次。实验课部分的核心要求：1、掌握三电极体系的原理、三电极体系装置的组成要素及结构；掌握计划曲线测量方式；掌握电极处理方式；2、通过实验课掌握基本电化学概念，增强对课堂讲授内容(特别是重点概念)的理解3、初步培养学生严谨的学术行为和学术意识；基本掌握规范的学术论文写作方法； 设置如下四个实验来

9、达到上述目的：实验一：Pt， Ag，Ni，GC电极上析氢行为与极化曲线(线性扫描) 该实验的目的： 掌握三电极体系装置； 掌握极化曲线测量； 掌握线性扫描技术；掌握超电势概念； 掌握基本动力学参数的解析过程 学生操作：三电极装置组装；工作电极处理；配制电解液；与电化学工作站的连接方式；测量参数选择以及设置原因； 实验结果与处理：对极化曲线进行分析；超电势的解析； 电极材料电化学活性的对照以及动力学参数的分析 基本数学处理软件的学习和掌握实验二： K3Fe(CN)6 / K4Fe(CN)6在Pt、GC电极上的循环伏安行为。 该实验的目的： 掌握三电极体系装置，掌握极化曲线测量；掌握循环伏安技术、

10、 掌握可逆、准可逆电极过程的特征、以及分析方法 掌握电极材料对电极过程的影响 掌握基本传质参数的解析学生操作：三电极装置组装；工作电极处理；配制电解液；与电化学工作站的连接方式；测量参数选择以及设置原因； 实验结果与处理：对极化曲线进行分析；可逆、准可逆过程特征的解析； 电极材料电化学活性的对照以及传质动力学参数的解析 基本数学处理软件的学习和掌握Pt，GC电极在0.5mol/L H2SO4 + 1mol/L CH3OH 溶液中的循环伏安行为该实验的目的： 掌握三电极体系装置，掌握极化曲线测量；掌握循环伏安技术、 掌握不可逆电极过程的特征 掌握电极材料对电极过程的影响 掌握重要复杂电化学过程的

11、影响因素、包括的基本物理化学过程学生操作：三电极装置组装；工作电极处理；配制电解液；与电化学工作站的连接方式；测量参数选择以及设置原因； 实验结果与处理：对极化曲线进行分析；复杂电化学过程的分析； 电极材料电化学活性的对照以及基本电化学过程、物理化学过程的分析 基本数学处理软件的学习和掌握Ni电极在稀硫酸溶液中的钝化与活化(卤素离子影响)该实验的目的： 掌握三电极体系装置，掌握极化曲线测量；掌握线性扫描技术、 掌握电化学钝化特征、以及卤素离子活化效果和原因 掌握电化学钝化活化的基本步骤、相关的特征参数分析方法学生操作：三电极装置组装；工作电极处理；配制电解液；与电化学工作站的连接方式；测量参数

12、选择以及设置原因； 实验结果与处理：对极化曲线进行分析；致钝电势、维钝电流的解析； 卤素离子活化效果以及电化学原理 基本数学处理软件的学习和掌握实验报告评分标准： 按照北京理工大学本科学位论文的基本标准执行。 目的是初步培养学生严谨的学识行为和学术意识；基本掌握规范的学术论文写作方法实验报告基本部分： 实验目的；实验原理；实验结果与讨论/分析(含图表)；实验结论教材，参考书:教科书： 高颍、邬冰等编著电化学基础 M北京：化学工业出版社，2004.01 参考书：藤岛昭 编著陈震，姚健年译 电化学测定方法M北京大学出版社，1995年杨辉 卢文庆 编著，应用电化学 M科学出版社，2001年 物理化学

13、， 高等后教育出版社， 第五版大纲说明： 本课程是新能源材料与器件专业的重要专业基础课程。该课程包括电化学基本概念、电化学基本原理、电化学基本实验技术三方面内容。具体包括电化学热力学基础、电极过程动力学基础、电化学装置设计与原理、经典电化学技术、现代电化学技术、工业电化学初步、腐蚀电化学初步、化学电源初步等八个部分的内容。总体上分为理论知识课和实验课两大部分。通过本课程理论知识部分的学习，学生需要掌握电化学的基本概念、电极过程动力学的基本理论和知识；具备使用准确规范的电化学术语描述实验现象、撰写相关科研论文的基本能力。通过本课程实验部分的学习，掌握正确、规范的电化学测量技术和操作技能。通过本课

14、程的学习，具备将电化学理论用于解释化学储放能过程的基本原因，并用于优化化学储能器件的设计。 编写教师签名： 责任教授签名： 开课学院教学副院长签名： Applied ElectrochemistryCourse code: 100096102Course name: Applied ElectrochemistryLecture Hours: 40 hours Laboratory Hours: 24 hoursCredits: 4 Term(If necessary): junior, the fifth/ the sixth termPrerequisite(s): inorganic c

15、hemistry, analysis chemistry, Physical chemistryCourse Description: This course is a specialized course for the senior level of undergraduate of special basis course of New Energy Materials and Devices. This course should be taught and studied on the foundation of elementary but necessary courses, s

16、uch as, inorganic-chemical, physical-chemical knowledge. In total, the course includes following aspects: electrochemical thermodynamics and fundamental concept, interface of “electrode/electrolyte”, fundamental steps of electrochemical process, charge-transfer kinetics, mass transfer kinetics, elec

17、trochemical device and measurement, polarography and linear voltammetry, cyclic voltammetry and application, electrochemical industry, modern electrochemical technique, corrosion/electrodeposition of metal. Some basic electrochemical experiments were carried out in this course because of the followe

18、d reasons: a). the elementary but standard experiment skill could be mastered, b). the relationship between electrochemical knowledge and electrochemical experimental skill could be built and enhanced.Course Outcomes:After completing this course, a student should be able to:Master and understand fun

19、damental electrochemical concepts, techniquesReading and comprehension of professional literatureDesign electrochemical deviceMaster preliminary analysis ability on electrochemical reactionCourse Content:Lectures and Lecture Hours: 40 hours 1. Introduction3 hoursFundamental concepts: electrode, anod

20、e, cathode, positive electrode, negative electrode, electrode reaction, electromotive force, potential; voltage, cell and half cell, electrolyteFundamental equation: Nernst equation, Faraday law, columbic efficiency2. Interface of “electrode/electrolyte” 4 hours ideal polarized electrode, electro-ca

21、pillary curve, differential capacitance curve, specific adsorption; double layer model, neutral molecule adsorption 3. Fundamental steps of electrochemical process and performance of electron-transfer kinetics 5 hours Fundamental facts and dynamic model, electrochemical polarization Bulter-Volmer eq

22、uation, linear polarization equation, Tafel equation, exchange current density, transfer coefficient, reversible/irreversible electrochemical reaction,4. Mass transfer in electrolyte and chronopotentiometry / chronoamperometry 6 hours Fundamental type and classification of mass transfer, diffusion,

23、migration and convection steady state, non-steady-state, concentration polarization, diffusion current/ limit diffusion current, diffusion layer, chronopotentiometry, planer electrode, spherical electrode5. Electrochemical device and electrochemical measurement 3 hours Working electrode, reference e

24、lectrode, counter electrode, three-electrode cell, Electrode material and pretreatment, electrochemical windows, 6. Principle of polarograph and linear volatmmetry 4 hours characteristic of working electrode and cell of polarograph, polarization curves and characteric parameters, reversible/irrevers

25、ible polarization curves, disturbance current and elimination, mercury film electrode, linear sweep single. 7. cyclic voltammetry and application 4 hours Cyclic potential sweep single, reversible reaction, irrevsible reaction, quasi-reversible reaction. Important parameters on CV curves, Single/nois

26、e ratio, steady-state, non-steady-state, example and analysis, reaction mechanism analysis8. Electrochemical industry 4 hours Inorganic electrochemical industry, organic electrochemical industry9. Modern electrochemical technique 3 hours UV-vis, electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM), ul

27、tra-microelectrode, micro-cavity electrode, modified electrode10. corrosion and electrochemical deposition: 2 hoursCorrosion and passivation of metal, electro-deposition of metal Laboratories and Laboratory Hours: 24 hours 1. technique of linear sweep and hydrogen evolution reaction on Pt, Ag, Ni, GC electrodes2. technique of cyclic voltammetry and electrochemical redox performance of Fe(CN)63-/4- redox couple on Pt and GC electrodes3. Electro-oxida