怀化学院：《电化学基础与化学电源》课程教学大纲

电化学基础与化学电源教学大纲课程课程中文电化学基础与化学课程111201063专业能力名称代码类型电源Electrochemical课程英文开课2第6学期总学分basisandchemical学期名称electricity理论实践3434总学时学时学时适用专业材料化学开课单位化学与材料工程学院材料化学教研室及教研室本课程是材料化学专业的选修课。通过本课程的学习，培养学生对电化学基本原理、电课程化学测试技术以及化学电源基础知识的理解能力，培养学生利用电化学原理解决化学电源性质与设计、使用和保养中各种问题的应用能力。为后续专业综合实习和专业实习环节奠定基任务础。课程要求学生了解电化学历史发展及研究方法：熟悉化学电源等领域一些实际电极过教学程的基本原理：掌握电化学体系的组成、导体和电解质溶液的性质：掌握电极过程动要求力学基本原理及研究方法。考核课程考试方式考核综合成绩平时成绩（20%）+课程小论文（20%）+期末考试（60%）构成主讲团队姓名职称教学任务电子信箱负责人唐莉莉讲师课程讲授42049478@qq.com主讲教师主讲教师建议名称：电化学基础教程（第二版）主编：高鹏、朱永明出版社：化学工教材业出版年月：2019.3参1.电化学原理李荻北京航空航天大学出版社2008.08考课程2.电化学哈曼化学工业出版社2010.01书教学材料网络教学1资源等其2.它学习辅3.导材料课程教学学时分配建议表序号主要各教学环节的学时分配

电化学基础与化学电源 教学大纲 课程中文 名称 电化学基础与化学 电源 课程 代码 111201063 课程 类型 专业能力 课程英文 名称 Electrochemical basis and chemical electricity 开课 学期 第6学期 总学分 2 总学时 34 理论 学时 34 实践 学时 适用专业 材料化学 开课单位 及教研室 化学与材料工程学院 材料化学教研室 课程 性质与 任务 本课程是材料化学专业的选修课。通过本课程的学习，培养学生对电化学基本原理、电 化学测试技术以及化学电源基础知识的理解能力，培养学生利用电化学原理解决化学电源 设计、使用和保养中各种问题的应用能力。为后续专业综合实习和专业实习环节奠定基 础。 课程 教学 要求 要求学生了解电化学历史发展及研究方法；熟悉化学电源等领域一些实际电极过 程的基本原理；掌握电化学体系的组成、导体和电解质溶液的性质；掌握电极过程动 力学基本原理及研究方法。 课 程 考 核 考核 方式 考试 综合成绩 构成 平时成绩（20%）+课程小论文（20%）+期末考试（60%） 主讲团队 姓名 职称 教学任务 电子信箱 负责人 唐莉莉 讲师 课程讲授 42049478@qq.com 主讲教师 主讲教师 课程 教学 材料 建议 教材 名称：电化学基础教程（第二版） 主编：高鹏、朱永明 出版社：化学工 业 出版年月：2019.3 参 考 书 1．电化学原理 李荻 北京航空航天大学出版社 2008.08 2．电化学 哈曼 化学工业出版社 2010.01 网络教学 资源等其 它学习辅 导材料 1． 2． 3． 课程教学学时分配建议表 序号 主要 各教学环节的学时分配

内容讲授讨论合计其它实验（实训）第1章绪论112第2章I导体和电化学体系2第3章5液体电解质和固体电解质电化学热力2第4章7学第5章613双电层第6章215电化学动力学概率6第7章21电化学极化6第8章27浓度极化第10章633实际电极过程复习134课程定位与目标（填写说明：对课程目标逐条进行具体表述，明确规定学生通过课程学习后，在知识、能力、素质等方面期望取得的成果，并用矩阵图的方式表明其与毕业要求指标点之间的对应关系。）目标1.了解电化学历史发展及研究方法。目标2.熟悉化学电源等领域一些实际电极过程的基本原理。目标3.掌握电化学体系的组成、导体和电解质溶液的性质。目标4.掌握电极过程动力学基本原理及研究方法。本课程支撑专业人才培养方案中毕业要求1-1、毕业要求2-1、毕业要求4，对应关系如表所示。课程目标毕业要求指标点目标1目标2目标4目标3VVV毕业要求1-1V毕业要求2-1777V毕业要求4注：二者关联用“"表示。三、课程教学及考核第一章绪论(学时1)教学要求：了解电化学简介、历史、发展及学习方法等。教学重点：电化学的发展

内容 讲授 讨论 实验（实训） 其它 合计 第1章 绪论 1 1 第2章 导体和电化 学体系 1 2 第3章 液体电解质 和固体电解 质 2 5 第4章 电化学热力 学 2 7 第5章 双电层 6 13 第6章 电化学动力 学概率 2 15 第7章 电化学极化 6 21 第8章 浓度极化 6 27 第10章 实际电极过 程 6 33 复习 1 34 二、课程定位与目标 （填写说明：对课程目标逐条进行具体表述，明确规定学生通过课程学习后，在知识、能力、 素质等方面期望取得的成果，并用矩阵图的方式表明其与毕业要求指标点之间的对应关系。） 目标1. 了解电化学历史发展及研究方法。 目标2. 熟悉化学电源等领域一些实际电极过程的基本原理。 目标3. 掌握电化学体系的组成、导体和电解质溶液的性质。 目标4. 掌握电极过程动力学基本原理及研究方法。 本课程支撑专业人才培养方案中毕业要求1-1、毕业要求2-1、毕业要求4，对应关系如表所示。 毕业要求 指标点 课程目标 目标1 目标2 目标3 目标4 毕业要求1-1 √ √ √ 毕业要求2-1 √ 毕业要求4 √ √ √ √ 注：二者关联用“√”表示。 三、课程教学及考核 第一章 绪论 (学时1) 教学要求: 了解电化学简介、历史、发展及学习方法等。 教学重点:电化学的发展

教学难点：学习方法教学方法：讲授法，多媒体辅助法教学内容：第一节--第四节（学时1)电化学简介、历史、发展及学习方法作业作业（以章或单元形式）：：1.根据电化学研究领域的拓展，简述电化学定义的发展，2.查找国际电化学学会的网站，列举其七个分会的研究范围。3.解释伽伐尼实验中蛙腿肌肉抽缩现象。4.简述伏特电堆的工作原理。5.简述常见的一次电池和二次电池的种类。6.简述电解水原理与氢氧燃料电池原理的区别与联系。7.简述电镀与电解的区别与联系。8.查阅资料，对电化学在某一领域的应用进展写一篇小论文。本章（或本单元）考核要点：第二章导体和电化学体系（学时1）教学要求：掌握电化学基础知识；掌握导体的导电机理：掌握电化学体系和法拉第定律。教学重点：导电机理：电化学体系教学难点：电化学体系教学方法：讨论法、多媒体辅助法教学内容：第一节电学基础知识一第五节实际电化学装置的设计（学时1）电学基础知识；导体的导电机理；电化学体系和法拉第定律作业（以章或单元形式）：复习题1.简述电势和电势差的物理意义。2.电化学体系中电子导体和离子导体是如何形成电流回路的？3.用能带理论解释半导体的导电机理。4.离子导体有哪些种类?各自的导电机理是什么？5.简述电极、电极反应的概念，并说明电极反应的特点。6.电化学体系中电子导体和离子导体如何完成导电转换？7.电化学装置中的阴极就是负极，阳极就是正极，这种说法对吗？为什么？8.说明法拉第定律的内容。9.化学电源有哪些种类？列举三种化学电源的正、负极反应。10.设计电量计的依据是什么？电量计中所选用的电化学反应要具备什么条件？

教学难点: 学习方法 教学方法:讲授法，多媒体辅助法 教学内容： 第一节 -第四节 （学时1） 电化学简介、历史、发展及学习方法 作业作业（以章或单元形式）：： 1.根据电化学研究领域的拓展，简述电化学定义的发展。 2.查找国际电化学学会的网站，列举其七个分会的研究范围。 3.解释伽伐尼实验中蛙腿肌肉抽缩现象。 4.简述伏特电堆的工作原理。 5.简述常见的一次电池和二次电池的种类。 6.简述电解水原理与氢氧燃料电池原理的区别与联系。 7.简述电镀与电解的区别与联系。 8.查阅资料,对电化学在某一领域的应用进展写一篇小论文。 本章（或本单元）考核要点： 第二章 导体和电化学体系 (学时1) 教学要求: 掌握电化学基础知识；掌握导体的导电机理；掌握电化学体系和法拉第定律。 教学重点: 导电机理；电化学体系 教学难点: 电化学体系 教学方法: 讨论法、多媒体辅助法 教学内容： 第一节 电学基础知识——第五节 实际电化学装置的设计 （学时1） 电学基础知识；导体的导电机理；电化学体系和法拉第定律 作业（以章或单元形式）：复习题 1.简述电势和电势差的物理意义。 2.电化学体系中电子导体和离子导体是如何形成电流回路的？ 3.用能带理论解释半导体的导电机理。 4.离子导体有哪些种类?各自的导电机理是什么？ 5.简述电极、电极反应的概念,并说明电极反应的特点。 6.电化学体系中电子导体和离子导体如何完成导电转换？ 7.电化学装置中的阴极就是负极，阳极就是正极，这种说法对吗？为什么？ 8.说明法拉第定律的内容。 9.化学电源有哪些种类？列举三种化学电源的正、负极反应。 10.设计电量计的依据是什么？电量计中所选用的电化学反应要具备什么条件？

11.查找资料，了解工业生产中各种实际电化学装置的组成及设计时需要注意问题。本章（或本单元）考核要点：导体的导电机理；电化学体系和法拉第定律第三章液体电解质和固体电解质（学时2)教学要求：掌握离子水化、电解质溶液活度、电迁移、扩散、离子氛等相关知识点。教学重点：电迁移、活度、扩散教学难点：扩散、离子氛教学方法：讨论法、多媒体辅助法教学内容：第一节离子水化----第三节电迁移（学时1）离子水化、电解质溶液活度、电迁移第四节扩散一第五节离子氛理论（学时1）扩散第一、第二定律；扩散系数；离子氛理论作业（以章或单元形式）：复习题1.电解质有哪几种分类方法？2.为什么4℃时水的密度最大？3.什么叫离子水化?如何正确理解离子水化膜的概念？4.电解质的活度与平均活度有何不同？5.为什么要提出当量电导率的概念?能否根据式(3-17)得出A与CN成反比的结论？6.解释电导率一浓度关系曲线出现极大值的原因。7.扩散与电迁方向相同吗？为什么？8.根据表3-3的数据，估算298K下无限稀溶液中Na的扩散系数。9.液相传质有哪几种方式?分别由什么原因引起？10.为什么H和OH具有异常大的极限当量电导率？11.稳态扩散与非稳态扩散有何不同？12.什么是离子氛?为什么用离子氛理论可以研究稀溶液中离子间静电力作用问题？13.什么是松弛效应与电泳效应？14.哪些实验可以验证离子氛理论模型的正确性？15.计算0.1mol/kg的KC1和0.01mol/kg的BaCl2的混合溶液的离子强度。16.计算表3-2中所列电解质溶液活度系数的计算值。17.计算0.001mol/kg、0.01mol/kg以及0.1mol/kg的Na2SO4溶液的平均活度。18.近似计算o.1mol/kg的HCI溶液的pH值,已知该溶液中HC1的平均活度系数为0.796。19.根据表3-3中的数据计算25℃下水溶液中H+、C1、SO42-、Zn2+的扩散系数。20.简述无机固体电解质、聚合物电解质及熔盐电解质的导电机理及其在电化学中的应用

11.查找资料，了解工业生产中各种实际电化学装置的组成及设计时需要注意问题。 本章（或本单元）考核要点：导体的导电机理；电化学体系和法拉第定律 第三章 液体电解质和固体电解质 (学时2) 教学要求:掌握离子水化、电解质溶液活度、电迁移、扩散、离子氛等相关知识点。 教学重点: 电迁移、活度、扩散 教学难点: 扩散、离子氛 教学方法: 讨论法、多媒体辅助法 教学内容： 第一节 离子水化-第三节 电迁移（学时1） 离子水化、电解质溶液活度、电迁移 第四节 扩散——第五节 离子氛理论 （学时1） 扩散第一、第二定律；扩散系数；离子氛理论 作业（以章或单元形式）：复习题 1.电解质有哪几种分类方法? 2.为什么4℃时水的密度最大? 3.什么叫离子水化?如何正确理解离子水化膜的概念? 4.电解质的活度与平均活度有何不同? 5.为什么要提出当量电导率的概念?能否根据式(3-17)得出A与CN成反比的结论? 6.解释电导率一浓度关系曲线出现极大值的原因。 7.扩散与电迁方向相同吗?为什么? 8.根据表3-3的数据,估算298K下无限稀溶液中Na+的扩散系数。 9.液相传质有哪几种方式?分别由什么原因引起? 10.为什么H +和OH-具有异常大的极限当量电导率? 11.稳态扩散与非稳态扩散有何不同? 12.什么是离子氛?为什么用离子氛理论可以研究稀溶液中离子间静电力作用问题? 13.什么是松弛效应与电泳效应? 14.哪些实验可以验证离子氛理论模型的正确性? 15.计算0.1mol/kg的KC1和0.01mol/kg的BaCl2的混合溶液的离子强度。 16.计算表3-2中所列电解质溶液活度系数的计算值。 17.计算0.001mol/kg、0.01mol/kg以及0.1mol/kg的Na2SO4溶液的平均活度。 18.近似计算o.1mol/kg的HCI溶液的pH值,已知该溶液中HC1的平均活度系数为0.796。 19.根据表3-3中的数据计算25℃下水溶液中H +、C1、SO4 2-、Zn2+的扩散系数。 20.简述无机固体电解质、聚合物电解质及熔盐电解质的导电机理及其在电化学中的应用

本章（或本单元）考核要点：离子水化、电解质溶液活度、电迁移、扩散、离子氛等第四章电化学热力学（学时2）教学要求：掌握相间电势与可逆电池、电极电势、液接电势、可逆电极、离子选择性电极等知识。教学重点：可逆电池、电极电势教学难点：离子选择性电极教学方法：讨论法、多媒体辅助法教学内容：第一节相间电势与可逆电池一第二节电极电势（学时1）内电势、外电势、界面电势差、可逆电池、氢标电势、能斯特方程、可逆电极第三节液体接界电势一一第四节离子选择性电极（学时1）液接电势、膜电势、玻璃电极作业：1.什么是实物相的内电势与外电势?什么是界面电势差？2.在原电池电动势测量中如何进行正确断路？3.化学势与电化学势有何实质性的差别？4.为什么要提出相对电极电势的概念？5.什么是氨标电极电势？简述标准电势、形式电势及平衡电势的区别与联系。6.可逆电池中的电极是否一定是可逆电极？由可逆电极组成的原电池是否一定是可逆电池？为什么？7.常用的可逆电极有哪几种?举例说明。8.什么样的电极才可以做参比电极？常用的参比电极有哪些？9.液接电势是如何产生的？怎样才能消除或尽量降低液接电势？10.玻璃电极及其他离子选择电极是遵循什么原理设计的？11.写出电池ZnlZnCl2(0.1mol/L,Y+=0.5)|AgCI(s)|Ag的电极反应和电池反应,并计算该电池在25℃时的电动势(标准电极电势可查书后附表)。本章（或本单元）考核要点：相间电势与可逆电池、电极电势、液接电势、可逆电极、离子选择性电极等第五章双电层（学时6)）教学要求：了解双电层结构的研究方法和双电层模型的发展；了解有机活性物质在电极表面的吸附：掌握双电层形成条件。教学重点：双电层形成条件、双电层结构的研究方法、双电层模型的发展和有机活性物质在电极表面的吸附教学难点：双电层结构的研究方法、双电层模型的发展教学方法：讲授法、多媒体辅助法、讨论法教学内容：第一节双电层简介一第二节双电层结构的研究方法（学时2）双电层的形成，离子双电层的形成条件，理想极化电极与理想不极化电极；电毛细曲线、微分电容曲线、零电荷电势、离子表面剩余量

本章（或本单元）考核要点：离子水化、电解质溶液活度、电迁移、扩散、离子氛等 第四章 电化学热力学 (学时2) 教学要求: 掌握相间电势与可逆电池、电极电势、液接电势、可逆电极、离子选择性电极等知识。 教学重点: 可逆电池、电极电势 教学难点: 离子选择性电极 教学方法: 讨论法、多媒体辅助法 教学内容： 第一节 相间电势与可逆电池——第二节 电极电势 （学时1） 内电势、外电势、界面电势差、可逆电池、氢标电势、能斯特方程、可逆电极 第三节 液体接界电势——第四节 离子选择性电极 （学时1）液接电势、膜电势、玻 璃电极 作业： 1.什么是实物相的内电势与外电势?什么是界面电势差? 2.在原电池电动势测量中如何进行正确断路? 3.化学势与电化学势有何实质性的差别? 4.为什么要提出相对电极电势的概念? 5.什么是氨标电极电势?简述标准电势、形式电势及平衡电势的区别与联系。 6.可逆电池中的电极是否一定是可逆电极?由可逆电极组成的原电池是否一定是可逆电池?为什么? 7.常用的可逆电极有哪几种?举例说明。 8.什么样的电极才可以做参比电极?常用的参比电极有哪些? 9.液接电势是如何产生的?怎样才能消除或尽量降低液接电势? 10.玻璃电极及其他离子选择电极是遵循什么原理设计的? 11.写出电池ZnlZnCl2 (0.1mol/L,Y+=0.5)|AgCl(s)|Ag的电极反应和电池反应,并计算该电池在25℃时的电 动势(标准电极电势可查书后附表)。 本章（或本单元）考核要点：相间电势与可逆电池、电极电势、液接电势、可逆电极、离子选择性 电极等 第五章 双电层 (学时6) 教学要求: 了解双电层结构的研究方法和双电层模型的发展；了解有机活性物质在电极表面的吸附； 掌握双电层形成条件。 教学重点: 双电层形成条件、双电层结构的研究方法、双电层模型的发展和有机活性物质在电极表面的 吸附 教学难点: 双电层结构的研究方法、双电层模型的发展 教学方法: 讲授法、多媒体辅助法、讨论法 教学内容： 第一节 双电层简介——第二节 双电层结构的研究方法（学时2） 双电层的形成，离子双电层的形成条件，理想极化电极与理想不极化电极；电毛细曲线、微分电容 曲线、零电荷电势、离子表面剩余量

第三节双电层结构模型的发展（学时2）Helmholtz模型与Gouy-Chapman模型、Gouy-Chapman-Stern模型、Grahame模型与特性吸附、Bockris模型与溶剂层的影响第四节有机活性物质在电极表面的吸附（学时2）有机物的可逆和不可逆吸附作业（以章或单元形式）：复习题1.电极与溶液界面间电势差包括哪些种类？离子双层如何形成？2.简述理想极化电极与理想不极化电极的概念，画出其等效电路。它们在电化学中各有何实际意义？3.什么是零电荷电势?说明零电荷电势下表面张力最大的原因。4.简述交流电桥法测量微分电容原理。5、微分电容曲线一般有什么特点？6.简述GCS模型双层结构,分析紧密层与分散层厚度的变化。7.简述BDM模型双层结构,分析超载吸附界面电势分布的变化。8.影响电极与溶液界面间界面张力与界面电容的因素有哪些?二者有何联系？9.如何用微分电容曲线及电毛细曲线求电极表面的剩余电荷密度?哪种方法得出的结果更准确些？10.什么是特性吸附?哪些类型的物质具有特性吸附的能力？11.用什么方法可以判断有无特性吸附及估计吸附量的大小?为什么？12.电极表面带负电，由溶液中的正离子与之构成离子双层。在溶液较浓、电势远离零电荷电势的情况下，其电容值均在0.16~0.18F/m2，与正离子半径的大小无下关。为什么？13.如何来判断电极表面剩余电荷的符号？14.分析阳离子特性吸附对电毛细曲线的影响。15.影响双电层结构的因素有哪些?有何大致规律？16.为什么有机物在电极上的可逆吸附总是发生在一定的电势区间内？17.有机物吸附对电毛细曲线和微分电容曲线有何影响？18.画出25C下电极CdjCd2+(acct=0.001)处于平衡电势时的双层结构示意图及双层电势分布示意图。已知该电极的零电荷电势为一0.71V。本章（或本单元）考核要点：双电层形成条件、双电层结构的研究方法第六章电化学动力学概论（学时2）教学要求：掌握电极极化、电极过程、电极反应、速率控制步骤等相关知识点。教学重点：电极极化、电极过程、电极反应教学难点：速率控制步骤教学方法：讲授法、多媒体辅助法、讨论法教学内容：第一节电极的极化一一第二节不可逆电化学装置（学时1）

第三节 双电层结构模型的发展（学时2） Helmholtz模型与Gouy-Chapman模型、Gouy-Chapman-Stern模型、Grahame模型与特性吸附、Bockris 模型与溶剂层的影响 第四节 有机活性物质在电极表面的吸附 （学时2） 有机物的可逆和不可逆吸附 作业（以章或单元形式）：复习题 1.电极与溶液界面间电势差包括哪些种类?离子双层如何形成? 2.简述理想极化电极与理想不极化电极的概念,画出其等效电路。它们在电化学中各有何实际意义? 3.什么是零电荷电势?说明零电荷电势下表面张力最大的原因。 4.简述交流电桥法测量微分电容原理。 5、微分电容曲线一般有什么特点? 6.简述GCS模型双层结构,分析紧密层与分散层厚度的变化。 7.简述BDM模型双层结构,分析超载吸附界面电势分布的变化。 8.影响电极与溶液界面间界面张力与界面电容的因素有哪些?二者有何联系? 9.如何用微分电容曲线及电毛细曲线求电极表面的剩余电荷密度?哪种方法得出的结果更准确些? 10.什么是特性吸附?哪些类型的物质具有特性吸附的能力? 11.用什么方法可以判断有无特性吸附及估计吸附量的大小?为什么? 12.电极表面带负电,由溶液中的正离子与之构成离子双层。在溶液较浓、电势远离零电荷电势的情况 下,其电容值均在0.16~0.18F/m²,与正离子半径的大小无下关。为什么? 13.如何来判断电极表面剩余电荷的符号? 14.分析阳离子特性吸附对电毛细曲线的影响。 15.影响双电层结构的因素有哪些?有何大致规律? 16.为什么有机物在电极上的可逆吸附总是发生在一定的电势区间内? 17.有机物吸附对电毛细曲线和微分电容曲线有何影响? 18.画出25℃下电极Cd|Cd2+(acct=0.001)处于平衡电势时的双层结构示意图及双层电势分布示意图。已 知该电极的零电荷电势为一0.71V。 本章（或本单元）考核要点：双电层形成条件、双电层结构的研究方法 第六章 电化学动力学概论 (学时2) 教学要求: 掌握电极极化、电极过程、电极反应、速率控制步骤等相关知识点。 教学重点: 电极极化、电极过程、电极反应 教学难点: 速率控制步骤 教学方法: 讲授法、多媒体辅助法、讨论法 教学内容： 第一节 电极的极化——第二节 不可逆电化学装置 （学时1）

极化与过电势、极化曲线与三电极体系、稳态极化曲线的测量第三节电极过程与电极反应一一第四节电极过程的速率控制步骤（学时1）电极过程历程分析、电极反应的特点与种类、速率控制步骤、常见极化类型、电极过程的特征及研究方法作业：1.什么是电极的极化？简述阴极极化与阳极极化的特点。2.为什么要研究单个电极的极化？画出三电极体系电路图，说明其测量原理。3.如何降低参比电极与研究电极之间的溶液欧姆压降？4.简述电化学稳态与暂态的区别。5.稳态极化曲线有哪些测量方法？6.分析原电池与电解池两电极极化曲线的变化。7.电极反应有何特点?常见电极反应有哪些种类？8.什么是速率控制步骤?研究其意义何在？9.何谓准平衡态？它与真正的平衡态有何区别？10.电极过程包括哪些单元步骤？一般情况下如何研究电极过程？11.为什么电化学研究中可以用电流密度来表示电极反应的速率？12.除电子转移步骤之外，电极过程的其他单元步骤是否也能用电流密度表示它们的速度?为什么？13.简述常见的三种极化的概念及产生原因。哪一种极化严格来讲不能称为极化？14.电极过程是由一系列单元步骤组成的复杂过程，是否可以分别测知各单元步骤的动力学特征？为什么?15.25℃时，用0.01A电流电解0.1mol/LCuSO4和1mol/LH2SO4的混合水溶液，测得电解槽两端的电压为1.86V。阳极上氧析出的过电势为0.32V，已知两电极间溶液电阻为40Q，试求阴极上铜沉积的过电势（假定阴极上只有铜沉积，各离子活度系数为1，阳极反应标准电势1.229V，阴极反应标准电势0.3419V)。本章（或本单元）考核要点：电极极化、电极过程、电极反应、速率控制步骤等相关知识点第七章电化学极化（学时6)教学要求：了解多电子反应的电化学极化：了解电极反应机理的研究：理解平衡电势与稳定电势：掌握电极动力学的Butler-Volmer模型：掌握单电子反应的电化学极化。教学重点：电极动力学的Butler-Volmer模型、单电子反应的电化学极化、电极反应机理的研究、平衡电势与稳定电势教学难点：电极动力学的Butler-Volmer模型、单电子反应的电化学极化、电极反应机理的研究教学方法：讲授法、多媒体辅助法、讨论法教学内容：第一节电化学动力学理论基础（学时1）化学动力学回顾、电子转移的动态平衡与极化本质、电子转移动力学理论发展简介第二节电极动力学的Butler-Volmer模型（学时2）

极化与过电势、极化曲线与三电极体系、稳态极化曲线的测量 第三节 电极过程与电极反应——第四节 电极过程的速率控制步骤 （学时1） 电极过程历程分析、电极反应的特点与种类、速率控制步骤、常见极化类型、电极过程的特征及研 究方法 作业： 1.什么是电极的极化？简述阴极极化与阳极极化的特点。 2.为什么要研究单个电极的极化？画出三电极体系电路图,说明其测量原理。 3.如何降低参比电极与研究电极之间的溶液欧姆压降？ 4.简述电化学稳态与暂态的区别。 5.稳态极化曲线有哪些测量方法？ 6.分析原电池与电解池两电极极化曲线的变化。 7.电极反应有何特点?常见电极反应有哪些种类？ 8.什么是速率控制步骤?研究其意义何在？ 9.何谓准平衡态?它与真正的平衡态有何区别？ 10.电极过程包括哪些单元步骤？一般情况下如何研究电极过程？ 11.为什么电化学研究中可以用电流密度来表示电极反应的速率？ 12.除电子转移步骤之外,电极过程的其他单元步骤是否也能用电流密度表示它们的速度?为什么？ 13.简述常见的三种极化的概念及产生原因。哪一种极化严格来讲不能称为极化？ 14.电极过程是由一系列单元步骤组成的复杂过程,是否可以分别测知各单元步骤的动力学特征？为什 么？ 15. 25℃时，用0.01A电流电解0.1mol/LCuSO4和1mol/LH2SO4的混合水溶液，测得电解槽两端的电压为 1.86V。阳极上氧析出的过电势为0.32V，已知两电极间溶液电阻为40W，试求阴极上铜沉积的过电势 (假定阴极上只有铜沉积,各离子活度系数为1，阳极反应标准电势1.229V，阴极反应标准电势 0.3419V)。 本章（或本单元）考核要点：电极极化、电极过程、电极反应、速率控制步骤等相关知识点 第七章 电化学极化 (学时6) 教学要求: 了解多电子反应的电化学极化；了解电极反应机理的研究；理解平衡电势与稳定电势；掌 握电极动力学的Butler-Volmer模型；掌握单电子反应的电化学极化。 教学重点: 电极动力学的Butler-Volmer模型、单电子反应的电化学极化、电极反应机理的研究、平衡电 势与稳定电势 教学难点: 电极动力学的Butler-Volmer模型、单电子反应的电化学极化、电极反应机理的研究 教学方法: 讲授法、多媒体辅助法、讨论法 教学内容： 第一节 电化学动力学理论基础 （学时1） 化学动力学回顾、电子转移的动态平衡与极化本质、电子转移动力学理论发展简介 第二节 电极动力学的Butler-Volmer模型 （学时2）

单电子反应的Butler-Volmer模型、传递系数、标准速率常数、交换电流密度第三节单电子反应的电化学极化一第四节第四节多电子反应的电化学极化（学时2）电化学极化下的反应的Butler-Volmer公式、Tafel公式、线性极化公式、多电子反应的Butler-Volmer公式、多电子反应的电化学极化第五节电极反应机理的研究+第七节平衡电势与稳定电势（学时1）利用电化学极化曲线测量动力学参数、电极反应的级数、平衡态近似于电极反应历程分析、稳定电势、如何建立平衡电势作业：1.用过渡态理论解释阴极极化和阳极极化的本质。2.简述Butler-Volmer电极动力学公式的推导思想。3.简述电极过程最基本的三个动力学参数的物理意义4.交换电流密度与标准速率常数有何区别与联系？5.为什么电极电势的改变会影响电极反应的速率和方向？6.写出Butler-Volmer公式在不同过电势范围下的近似公式。7.分析在阴极极化和阳极极化时，绝对电流密度与外电流密度之间的关系。8.简述i0对电极性质的影响。9.jo描述半衡状态下的特征,为何它却能说明电化学动力学中的一些问题？10.在谈到一个CTP的不可逆性时，我们有时说它是过电势较大，而有时又说它是电流密度较小，这两种说法有何区别和联系？11.电荷传递电阻如何得来?其物理意义是什么？12.推导多电子电极反应Tafel近似公式的适用范围。13.如何用稳态法测量电化学反应动力学参数?测量中需要注意哪些问题？14.与单电子电极反应相比，多电子电极反应的动力学公式有何变化?近似公式适用范围有何变化？15.Tafel公式在什么条件下就不再适用了?为什么？16.如何消除中效应对电极过程动力学的影响！17.分析平衡电极电势与稳定电极电势的区别与联系。18.所有电极都能建立平衡电势吗?为什么？19.全属Cu在Cu+活度为0.1的溶液中在25℃下以：=50A/m?度稳态沉积。在电子转移步骤控制电极过程速度的情况下，测得Tafel斜率为0.12V,2A/m,已知25℃下反应Cu++2e——Cu的标准电极电势是0.3419V求此时的阴极电势。20.298K下在某电极上测得阴极反应Fe"te-Fe'+的B=0.5.j。=6x10-3A/cm2,已知此电极过程为电荷传递步聚控制,且(Fe+)=0.1mol/1.c(Fe+)=0.01mol/L,此反应在298K下的标准电极电势是0.771V,假设活度系数按1计试求(1)反应速度为0.6A/cm时的电极电势值：(2)控制过电势》=5mV时的反应速率。21.设有一电极反应O+eR,其中O、R均可溶，其浓度co、CR均为1.0x10mol/L,已知电极反应速率常数k=1×10-cm/s,B=0.5,求25℃时：(1)交换电流密度jo(2)若忽略传质影响，当阳极电流密度为0.0965mA/cm2时其过电势为多少？22.在20℃下于某一电流密度下#在Hg上还原的过电势为1.00VTafel公式中b为0.113V。温度升高到40℃时，该电流密度下过电势为0.95V。如果温度升高后，仍收维持原来的过电势不变，H还原反应速率将有何变化?假定B与温度无关）

单电子反应的Butler-Volmer模型、传递系数、标准速率常数、交换电流密度 第三节 单电子反应的电化学极化—— 第四节 第四节 多电子反应的电化学极化 （学时2） 电化学极化下的反应的Butler-Volmer公式、Tafel公式、线性极化公式、多电子反应的Butler-Volmer公 式、多电子反应的电化学极化 第五节 电极反应机理的研究 + 第七节 平衡电势与稳定电势（学时1） 利用电化学极化曲线测量动力学参数、电极反应的级数、平衡态近似于电极反应历程分析、稳定电 势、如何建立平衡电势 作业： 1.用过渡态理论解释阴极极化和阳极极化的本质。 2.简述Butler-Volmer电极动力学公式的推导思想。 3.简述电极过程最基本的三个动力学参数的物理意义 4.交换电流密度与标准速率常数有何区别与联系? 5.为什么电极电势的改变会影响电极反应的速率和方向? 6.写出Butler-Volmer公式在不同过电势范围下的近似公式。 7.分析在阴极极化和阳极极化时,绝对电流密度与外电流密度之间的关系。 8.简述j0对电极性质的影响。 9. j0描述半衡状态下的特征,为何它却能说明电化学动力学中的一些问题? 10.在谈到一个CTP的不可逆性时,我们有时说它是过电势较大,而有时又说它是电流密度较小,这两种说 法有何区别和联系? 11.电荷传递电阻如何得来?其物理意义是什么? 12.推导多电子电极反应Tafel近似公式的适用范围。 13.如何用稳态法测量电化学反应动力学参数?测量中需要注意哪些问题? 14.与单电子电极反应相比,多电子电极反应的动力学公式有何变化?近似公式适用范围有何变化? 15.Tafel公式在什么条件下就不再适用了?为什么? 16.如何消除中,效应对电极过程动力学的影响? 17.分析平衡电极电势与稳定电极电势的区别与联系。 18.所有电极都能建立平衡电势吗?为什么? 19.全属Cu在Cu+活度为0.1的溶液中在25℃下以;=50A/m²度稳态沉积。在电子转移步骤控制电极过程 速度的情况下,测得Tafel斜率为0.12V,2A/m',已知25℃下反应Cu++2e——Cu的标准电极电势是0.3419V, 求此时的阴极电势。 20.298K下在某电极上测得阴极反应Fe"te-Fe'+的B=0.5.j。=6x10-3A/cm2,已知此电极过程为电荷传递步 聚控制,且(Fe+)=0.1mol/1.c(Fe+)=0.01mol/L,此反应在298K下的标准电极电势是0.771V,假设活度系数按 1计,试求 (1)反应速度为0.6A/cm²时的电极电势值;(2)控制过电势》=5mV时的反应速率。 21.设有一电极反应O+e——R,其中O、R均可溶,其浓度co、CR均为1.0×10mol/L,已知电极反应速率常 数k=1×10-cm/s,B=0.5,求25℃时:(1)交换电流密度jo; (2)若忽略传质影响,当阳极电流密度为0.0965mA/cm²时,其过电势为多少? 22.在20℃下于某一电流密度下#在Hg上还原的过电势为1.00V,Tafel公式中b为0.113V。温度升高到40℃ 时,该电流密度下过电势为0.95V。如果温度升高后,仍收维持原来的过电势不变,H还原反应速率将有何 变化?(假定B与温度无关)

23.18℃时将铜棒浸入CuSO,溶液中，测得该体系平衡电势为0.31V,交换电流密度为1.3×10A/cm2,传递系数a=0.5,se(Cu2+/Cu)=0.3419V。(U)计算电解液中Cu活度。(2)将电极电势极化到一0.23V,相应的电流密度为多少。（假设只发生电化学极化)24.P1/Fe(CN):(2.0mmol/L),Fe(CN):(2.0mmol/L),NaCl(1.0mol/L)体系在25℃时交换电流密度是2.0mA/cm,传递系数是0.5,请计算此反应的标准速率常数k的值。当两个配合物浓度均为1mol/L时，其交换电流密度是多少?电荷传递电阻是多少（电极面积0.1cm2)?25.25℃时，将两个真实面积均为1cm的电极置于某电解液中进行电解。当外电流为零时，电解池端电压为0.871V外电流为1A时，电解池端电压为1.765V。已知阴极反应的交换电流密度为1.0×10A/cm,参加阳极反应和阴极反应的电子数均为2,阴极的传递系数a#0.5,溶液欧姆电压降为0.3V。问：（1)外电流为1A时阳极过电势是多少？(2)25℃时阳极反应的交换电流密度是多少?(假设RDS计算数V=1)(3)根据上述计算结果分析此电解池的槽电压变化原因。本章（或本单元）考核要点：电极动力学的Butler-Volmer模型、单电子反应的电化学极化、电极反应机理的研究、平衡电势与稳定电势第8章浓度极化（学时6）教学要求：了解流体动力学：理解可逆电极反应的稳态浓度极化：理解电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律：掌握液相传质、扩散与扩散层等相关知识点；掌握稳态扩散传质规律。教学重点：液相传质、扩散与扩散层、稳态扩散传质规律、可逆电极反应的稳态浓度极化、电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律教学难点：稳态扩散传质规律、可逆电极反应的稳态浓度极化、电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律教学方法：讲授法、多媒体辅助法、讨论法教学内容：第一节液相传质一一第二节扩散与扩散层（学时1）液相传质方式、液相传质流量、支持电解质；稳态扩散与非稳态扩散、扩散层第三节稳态扩散传质规律（学时2）理想稳态扩散、稳态对流扩散第四节可逆电极反应的稳态浓度极化（学时1）产物不溶、可溶情况下的稳态浓度极化第五节电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律（学时1）电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律第六节流体动力学方法简介（学时1）旋转圆盘电极、旋转环盘电极作业：1.写出液相传质总流量的表达式及其所传导的电流的表达式。2.画出电极表面附近各部分液层示意图及数量级，并标明研究电化学极化时的电表面和研究浓度极化时的电极表面所处的位置。3.分别写出用反应物粒子和可溶产物粒子表示的稳态扩散电流密度公式，其中的是粒子的荷电荷数吗为什么？4.什么是极限扩散电流密度？5.说明双电层、扩散层、边界层的区别。扩散层与分散层是否相同？6.通常所说的稳态扩散电流中，是否包括电迁移和对流的影响在内？

23.18℃时将铜棒浸入CuSO,溶液中,测得该体系平衡电势为0.31V,交换电流密度为1.3×10A/cm2,传递系 数a=0.5,se(Cu2+/Cu)=0.3419V。(1)计算电解液中Cu'活度。 (2)将电极电势极化到一0.23V,相应的电流密度为多少。(假设只发生电化学极化) 24.P1/Fe(CN):(2.0mmol/L),Fe(CN);(2.0mmol/L),NaCl(1.0mol/L)体系在25℃时交换电流密度是2.0mA/cm, 传递系数是0.5,请计算此反应的标准速率常数k的值。当两个配合物浓度均为1mol/L时,其交换电流密度 是多少?电荷传递电阻是多少(电极面积0.1cm²)? 25.25℃时,将两个真实面积均为1cm²的电极置于某电解液中进行电解。当外电流为零时,电解池端电压 为0.871V;外电流为1A时,电解池端电压为1.765V。已知阴极反应的交换电流密度为1.0×10A/cm²,参加阳 极反应和阴极反应的电子数均为2,阴极的传递系数a#0.5,溶液欧姆电压降为0.3V。问:(1)外电流为1A时, 阳极过电势是多少? (2)25℃时阳极反应的交换电流密度是多少?(假设RDS计算数V=1)(3)根据上述计算结果分析此电解池的 槽电压变化原因。 本章（或本单元）考核要点：电极动力学的Butler-Volmer模型、单电子反应的电化学极化、电极反应 机理的研究、平衡电势与稳定电势 第8章 浓度极化 (学时6) 教学要求: 了解流体动力学；理解可逆电极反应的稳态浓度极化；理解电化学极化与浓度极化共存时的 稳态动力学规律；掌握液相传质、扩散与扩散层等相关知识点；掌握稳态扩散传质规律。 教学重点: 液相传质、扩散与扩散层、稳态扩散传质规律、可逆电极反应的稳态浓度极化、电化学极化 与浓度极化共存时的稳态动力学规律 教学难点: 稳态扩散传质规律、可逆电极反应的稳态浓度极化、电化学极化与浓度极化共存时的稳态 动力学规律 教学方法: 讲授法、多媒体辅助法、讨论法 教学内容： 第一节 液相传质——第二节 扩散与扩散层 （学时1） 液相传质方式、液相传质流量、支持电解质；稳态扩散与非稳态扩散、扩散层 第三节 稳态扩散传质规律 （学时2） 理想稳态扩散、稳态对流扩散 第四节 可逆电极反应的稳态浓度极化 （学时1） 产物不溶、可溶情况下的稳态浓度极化 第五节 电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律 （学时1） 电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律 第六节 流体动力学方法简介 （学时1） 旋转圆盘电极、旋转环盘电极 作业： 1.写出液相传质总流量的表达式及其所传导的电流的表达式。 2.画出电极表面附近各部分液层示意图及数量级,并标明研究电化学极化时的电表面和研究浓度极化时 的电极表面所处的位置。 3.分别写出用反应物粒子和可溶产物粒子表示的稳态扩散电流密度公式,其中的是粒子的荷电荷数吗? 为什么? 4.什么是极限扩散电流密度? 5.说明双电层、扩散层、边界层的区别。扩散层与分散层是否相同? 6.通常所说的稳态扩散电流中,是否包括电迁移和对流的影响在内?

7.对流扩散时，扩散层内的溶液是否运动？8.如何研究浓度极化的动力学特征？9.画出产物可溶和产物不溶时典型浓度极化曲线，并将其与电化学极化曲线进行比较10.推导O与R均可溶且初始浓度均不为零的浓度极化公式。11.产物可溶，扩散控制时，极化曲线一定会出现极谱波的形式，对吗?为什么？12.若液相传质是某电极过程的控制步骤当向溶液中加入表面活性物质以后，对整个电极过程的速度是否有影响，为什么？13.在什么条件下半波电势才能作为表达反应物和产物特性与浓度无关的常数？14.电化学极化与浓度极化共存时，Tafel曲线有何变化?如何分析Tafel曲线？15.如何根据j、jo、jd的相对大小判断速率控制步骤？16.旋转圆盘电极有何特点?如何用旋转圆盘电极判断电极过程的速事控制步骤？17.如何用旋转圆盘电极测量电化学反应动力学参数？18.举例说明旋转环盘电极有何应用？19.研究扩散动力学时如何消除电迁移的影响？20.比较极限扩散电流、极限动力电流、极限催化电流的区别与联系。21.简述各种不同控制步骤下稳态极化曲线的特点。22.如何通过实验判断一个电极过程的速率控制步骤？23.某反应物O在25℃C下静止的溶液中电解还原,反应式为20+4eR。若扩散步骤是速度控制步骤，试计算该电极过程的极限扩散电流密度。已知O在溶液中的扩散系数为6×10-5cm2/s,浓度为0.1mol/L,扩散层有效厚度为5×10~m。24.已知25℃C时,在静止溶液中阴极反应Cu2++2e-Cu受扩散步骤控制。Cu2+在该溶液中的扩散系数为1×10-5cm2/s,扩散层有效厚度为1.1x×10-2m,Cu2+的浓度为0.5mol/L。试求阴极电流密度为0.044A/cm2时的过电势,以及此时电极表面Cu2+的浓度。25.在0.1mol/L的ZnC12溶液中电解还原Zn2+时，阴极过程为扩散控制。已知锌离子扩散系数为1×105cm2/s,扩散层有效厚度为1.2×10-2m。试求：（1)20℃时阴极极限扩散电流密度：(2)若20℃时阴极过电势为0.029V,相应的阴极电流密度为多少？26.已知25℃时，阴极反应O+2e→受扩散步骤控制,0和R均可溶，10.1mol/L,CR=0,扩散层厚度为0.01cm0的扩散系数为1.5×10-5cm2/s。求（1)测得i=0.01A/cm2时，阴极电位4--0.12V该阴极过程的半波电位是多少?(2)当j=0.02A/cm2时，阴极电位是多少？27.使用某一电极进行析氢反应研究，电解液为酸性电解液（pH=3,T=25°C)测得H+在此电极上还原的jo=10-6A/cm2,传递系数为0.5。假定扩散层有效厚度为0.05cm,氢离子扩散系数为9.2×10-5cm2/s,试求以0.1mA/cm的电流进行阴极|极化时的电极过电势。本章（或本单元）考核要点：液相传质、扩散与扩散层、稳态扩散传质规律、可逆电极反应的稳态浓度极化、电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律等相关知识点第10章实际电极过程（学时6)教学要求：了解电化学在实际过程中的应用；掌握氢电极过程、氧电极过程、金属阴极过程、金属阳极过程的机理、特点。教学重点：氢电极过程、氧电极过程、金属阴极过程、金属阳极过程教学难点：氢电极过程、氧电极过程、金属阴极过程、金属阳极过程教学方法：讲授法、多媒体辅助法、讨论法教学内容：

7.对流扩散时,扩散层内的溶液是否运动? 8.如何研究浓度极化的动力学特征? 9.画出产物可溶和产物不溶时典型浓度极化曲线,并将其与电化学极化曲线进行比较。 10.推导O与R均可溶且初始浓度均不为零的浓度极化公式。 11.产物可溶,扩散控制时,极化曲线一定会出现极谱波的形式,对吗?为什么? 12.若液相传质是某电极过程的控制步骤,当向溶液中加入表面活性物质以后,对整个电极过程的速度是 否有影响,为什么? 13.在什么条件下半波电势才能作为表达反应物和产物特性与浓度无关的常数? 14.电化学极化与浓度极化共存时,Tafel曲线有何变化?如何分析Tafel曲线? 15.如何根据j、jo、jd的相对大小判断速率控制步骤? 16.旋转圆盘电极有何特点?如何用旋转圆盘电极判断电极过程的速事控制步骤? 17.如何用旋转圆盘电极测量电化学反应动力学参数? 18.举例说明旋转环盘电极有何应用? 19.研究扩散动力学时,如何消除电迁移的影响? 20.比较极限扩散电流、极限动力电流、极限催化电流的区别与联系。 21.简述各种不同控制步骤下稳态极化曲线的特点。 22.如何通过实验判断一个电极过程的速率控制步骤? 23.某反应物O在25℃下静止的溶液中电解还原,反应式为20+4e——R。若扩散步骤是速度控制步骤,试 计算该电极过程的极限扩散电流密度。已知O在溶液中的扩散系数为6×10-5cm2 /s,浓度为0.1mol/L,扩散 层有效厚度为5×10-2m。 24.已知25℃时,在静止溶液中阴极反应Cu2++2e→Cu受扩散步骤控制。Cu2+在该溶液中的扩散系数为 1×10-5cm2 /s,扩散层有效厚度为1.1×10-2m,Cu2+的浓度为0.5mol/L。试求阴极电流密度为0.044A/cm²时 的过电势,以及此时电极表面Cu2+的浓度。 25.在0.1mol/L的ZnCl2溶液中电解还原Zn2+时,阴极过程为扩散控制。已知锌离子扩散系数为1×10- 5cm2/s,扩散层有效厚度为1.2×10-2m。试求:(1)20℃时阴极极限扩散电流密度; (2)若20℃时阴极过电势为0.029V,相应的阴极电流密度为多少? 26.已知25℃时,阴极反应O+2e→受扩散步骤控制,O和R均可溶,10.1mol/L,CR=0,扩散层厚度为0.01cm,O 的扩散系数为1.5×10-5cm²/s。求(1)测得j=0.01A/cm2时,阴极电位4-0.12V.该阴极过程的半波电位是多 少?(2)当j=0.02A/cm2时,阴极电位是多少? 27.使用某一电极进行析氢反应研究,电解液为酸性电解液(pH=3,T=25°C),测得H+在此电极上还原的 jo=10-6A/cm2,传递系数为0.5。假定扩散层有效厚度为0.05cm,氢离子扩散系数为9.2×10-5cm2/s,试求以 0.1mA/cm²的电流进行阴极|极化时的电极过电势。 本章（或本单元）考核要点：液相传质、扩散与扩散层、稳态扩散传质规律、可逆电极反应的稳态 浓度极化、电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律等相关知识点 第10章 实际电极过程 (学时6) 教学要求: 了解电化学在实际过程中的应用；掌握氢电极过程、氧电极过程、金属阴极过程、金属阳 极过程的机理、特点。 教学重点: 氢电极过程、氧电极过程、金属阴极过程、金属阳极过程 教学难点: 氢电极过程、氧电极过程、金属阴极过程、金属阳极过程 教学方法: 讲授法、多媒体辅助法、讨论法 教学内容：