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电化学(浙江大学)

来源:中国大学MOOC(慕课) 分类:理学 2020-04-01

本课程适用于在校化学化工类、材料与冶金类、能源与环境类等专业的本科生、研究生及其他从事化学特别是电化学研究与应用的社会人士学习。        

希望通过《电化学》的学习,带你进入自成知识体系的化学世界,带你正确理解电与化学反应的关联,同时交给你一把洞察化学规律的新钥匙。

—— 课程团队
课程概述

人们在日常生活和科研生产中(如各类电池、电镀与精饰、金属的腐蚀等)经常用到电化学的知识,而事实上,电化学的零星碎片化知识从中学到大学的化学课程中确有或多或少的涉及,但知识不成体系,更严重的是部分概念不科学不全面(如电极电位、Nernst方程等)。

 学生通过《电化学》的学习,可充分理解“电化学”浑然自成的知识体系,理解电化学中涉及的独特界面性质(如电极电位的形成、双电层的特性等),深入理解电化学热力学(平衡),并学会利用电化学的语言理解电化学反应的动力学(即电位与反应电流间的关系),学会电化学研究的基本方法与测量技术,并在上述理论学习的基础上,了解电化学在诸多工业与研究中的应用(如材料制备、金属腐蚀、环境处理、化学电源、电分析化学等等)。

 通过本课程的学习,使学生理解掌握系统的电化学基本原理,了解电化学在诸多领域中的应用,了解电化学的基本研究方法,领会电化学学科的独特逻辑内涵。

授课目标

1、理解掌握系统的电化学基本原理;

2、了解电化学在诸多领域中的应用;

3、了解电化学的基本研究方法;

4、领会电化学学科的独特逻辑内涵。

授课团队

胡吉明 浙江大学 - 教授

胡吉明,男,1974年出生,浙江省开化县人,浙江大学化学系教授。北京科技大学本科(1995)、博士(2000),浙江大学(2002)、香港科技大学(2003)博士后,美国Utah大学访问学者(2009)。2003年至今在浙江大学化学系任教,2007年晋升教授。主要从事电化学及腐蚀与防护,特别是涂装防护体系方面的应用基础研究。获中国化学会青年化学奖(2007)、教育部“新世纪优秀人才”(2011)、浙江省“151”人才(第一层次)(2018)。目前担任《中国腐蚀与防护学报》、《腐蚀科学与防护技术》、《表面技术》、《化学教育》杂志编委。主持近10项国家级科研项目,承担国家级专业综合改革项目和省级教学改革项目。以项目负责人获2017年教育部自然科学二等奖,获2014年浙江省青年教师教学竞赛一等奖。2013-2017年,担任浙江大学化学系副系主任,2017年至今担任浙江大学教务处处长。历年主讲《电化学原理与应用》《应用电化学》《电化学导论》《电化学研究方法》《电化学》《综合化学实验》等本科生和研究生课程,教学评价好。

课程链接


课程大纲

01
绪论
理解什么是电化学,知晓电化学的研究对象是什么。
课时
1.1. 绪论
02
电化学界面的基本结构特征:双电层(double-layer)
理解电化学界面的基本结构特征;了解双电层结构形成的原因;知晓双电层结构的物理意义
课时
2.1. 电化学界面的基本结构特征:双电层(double-layer)
03
电极电位
理解相的内电位和相与相之间的电位差(相间电位)的概念;了解金属-金属间的接触电位和溶液-溶液间的液接电势的形成原因;重点理解金属-溶液间的相间电位(即绝对电极电位)的概念与成因;理解相对电极电位的概念、参比电极的类型等。
课时
3.1. 相的内电位与相间电位
3.2. 绝对电极电位与相对电极电位
04
电化学热力学
深入理解电化学平衡的基本条件的建立,通过若干例子(如液接电势的计算、pH计的原理、能斯特方程的推导等)加深对电化学热力学的理解。
课时
4.1. 电化学平衡的基本条件的判断
4.2. 电化学平衡条件的相关应用
4.2.1. 液接电势的计算
4.2.2. pH计的原理
4.2.3. 能斯特方程(上)
4.2.4. 能斯特方程(下)
05
电化学动力学
理解电极极化现象及其成因,了解电极过程的基本历程,深入理解传质过程或电荷转移步骤分别为速控步骤条件下的电极动力学,了解多电子步骤的电化学反应动力学方程的推导。
课时
5.1. 电极极化
5.2. 电极过程的基本历程
5.3.1. 传质过程为速控步骤条件下的电极动力学(上)
5.3.2. 传质过程为速控步骤条件下的电极动力学(下)
5.4.1. 电荷转移步骤为速控步骤条件下的电极动力学(上)
5.4.2. 电荷转移步骤为速控步骤条件下的电极动力学(下)
5.4.3. B-V方程及其应用(上)
5.4.4. B-V方程及其应用(下)
5.5. 多电子步骤的电化学反应动力学
06
电化学的起源与发展
了解电化学的起源和学科的简要发展历史。
课时
6.1. 电化学的起源与发展
07
电解
理解电解的基本原理,了解电解水和电解制备氯碱两大电解工业,了解电解工业中常用的电极材料,理解电催化的概念。
课时
7.1. 电解的基本原理
7.1.1. 电解的基本原理(上)
7.1.2. 电解的基本原理(下)
7.2. 两大电解工业
08
电镀
理解电镀的热力学基本原理,理解电镀形核晶粒大小与过电位之间的定量关系,了解电镀层的生长机理,了解电镀用的阳极材料。
课时
8.1. 电镀过程热力学与电镀用阳极材料
8.2. 形核与生长
09
化学电源
理解化学电源的基本原理,知晓一次电池与二次电池工作原理的本质差异,了解常用的一次和二次电池,重点理解锂离子电池的工作原理和应用优势,了解燃料电池与常规电池工作原理的本质差异,再次巩固理解电催化现象。
课时
9.1. 化学电源的基本原理
9.2. 二次电池与燃料电池
10
腐蚀电化学
了解金属腐蚀的危害,理解金属发生腐蚀的原因与热力学条件;学会电位-pH图的基本原理及其应用;从动力学角度理解金属的自然腐蚀状态,学会腐蚀电极体系的极化行为;了解金属防护的基本原理、方法与手段。
课时
10.1. 金属腐蚀概论
10.2.1. 金属腐蚀的热力学条件
10.2.2. 电位-pH图
10.3.1. 自然腐蚀状态的形成(上)
10.3.2. 自然腐蚀状态的形成(下)
10.3.3. 腐蚀电极体系的极化行为
10.4.1. 金属的防护(上)
10.4.2. 金属的防护(下)
11
分析电化学
了解电分析的两种常用技术--电位法与电解法(库伦分析法);理解电位法中的两类重要电极---指示电极和参比电极;了解各类常见的指示电极,特别是离子选择性电极的类型和工作原理;理解电解法中的电位-时间及电流-时间曲线的形状和原理;了解库仑滴定法的原理与应用。
课时
11.1. 电位法
11.2. 电解与库伦分析法
12
纳米电化学
了解纳米材料的基本性质;了解纳米材料的物理法、化学法和电化学制备方法;了解两种常见纳米材料的电化学制备方法:纳米氧化物薄膜的阳极氧化制备和纳米溶胶-凝胶薄膜的电沉积制备;理解超微电极的基本电化学性质、常见制备方法及其相关应用,特别是学会扫描电化学显微镜技术的原理与应用。
课时
12.1. 纳米材料的电化学制备
12.1.1. 纳米材料的电化学制备(上)
12.1.2. 纳米材料的电化学制备(下)
12.2. 超微电极的原理、方法与应用
12.2.1. 超微电极的基本电化学性质
12.2.2. 超微电极的制备与应用
13
电化学测试技术(综述)
了解电化学测试技术的目标、基本分类与实施方法;了解暂态与稳态电化学测试技术的区别;理解法拉第电流和非法拉第电流;了解常见的电化学测试技术。
课时
13.1. 电化学测试技术(综述)
14
稳态极化技术在电化学反应机理研究中的应用
举例学习析氢反应和析氧反应的稳态动力学方程的推导。深入理解三种析氢机理条件下的动力学方程;了解析氧反应的基本特征,学习析氧反应动力学方程的推导。
课时
14.1. 稳态技术在析氢反应机理研究中的应用
14.2. 稳态技术在析氧反应机理研究中的应用
15
暂态伏安技术
理解暂态伏安技术中出现电流峰值现象的原因;了解绘制理论伏安曲线的数学方法;学会提炼求解Fick第二方程的边界条件和起始条件;了解可逆、准可逆、不可逆电极反应的伏安曲线的基本特征;学习循环伏安曲线的解读和应用。
课时
15.1. 线性伏安技术
15.2. 循环伏安技术及其应用
预备知识

《普通化学》或《物理化学》

证书要求

本课程的证书要求包含以下几个方面:

1、课堂讨论(15%)。学员需参与老师发起的课堂讨论、发帖、评论他人帖子,按比例函数计算,20次满分,水贴不计入总分。

2、课后测验(35%)。每章结束有一个单元测试题,多次提交有效得分为平均分。。

3、期末考试(50%)。根据课程内容安排期末考试,题型包括单选、多选、判断等。

四项累积总分等于或超过60分,合格;总分等于或超过80分,优秀。

证书的形式为认证证书(可查询验证的电子版和纸质版),你可以在课程结束后根据需要进行申请,认证证书的收费标准为100元/份。请注意,从2019年10月开始,中国大学MOOC平台不再发放免费证书。证书发放工作由爱课程网负责,有关问题请咨询:010-58556579.

参考资料

1、李荻,《电化学原理》(第三版),北京航空航天大学出版社,2008;

2、A.J. Bard等,Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, New York: Wiley, 2001;

3、张鉴清等,《电化学测试技术》,化工出版社,2010.

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