МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Теоретическая электрохимия

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра физической и неорганической химии
Направление подготовки04.04.01. Химия
ПрофильФизическая химия
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план04_04_01_ФХ-2-2019
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 66
Виды контроля по семестрам
зачеты: 3

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (3) Итого
Недель 17
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 12 12 12 12
Лабораторные 30 30 30 30
Сам. работа 66 66 66 66
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
кандидат химических наук, доцент, Стась Ирина Евгеньевна

Рецензент(ы):
кандидат химических наук, доцент, Шипунов Б.П.

Рабочая программа дисциплины
Теоретическая электрохимия

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 04.04.01 ХИМИЯ (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 23.09.2015г. №1042)

составлена на основании учебного плана:
04.04.01 Химия
утвержденного учёным советом вуза от 25.06.2019 протокол № 9.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от 06.07.2019 г. № 12
Срок действия программы: уч. г.

Заведующий кафедрой
Безносюк С.А., д.ф.-м.н., профессор


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании кафедры

Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от 06.07.2019 г. № 12
Заведующий кафедрой Безносюк С.А., д.ф.-м.н., профессор


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Изложение как теоретических вопросов электрохимии, знание которых необходимо для выявления механизма электродного процесса, установления его лимитирующей стадии, что необходимо для выбора оптимальных условий проведения процесса и получения максимального к.п.д., так и изучение возможностей и практической значимости, рассматриваемых в курсе вольт-амперометрических методов исследования электродных процессов

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.09

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 способностью использовать и развивать теоретические основы традиционных и новых разделов химии при решении профессиональных задач
ОПК-3 способностью реализовать нормы техники безопасности в лабораторных и технологических условиях
ПК-2 владением теорией и навыками практической работы в избранной области химии
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.основные положения теоретической электрохимии, методы изучения строения дэс; принципы вывода уравнений, описывающих поляризационные кривые для различных способов доставки вещества к электроду; основы различных вольт-амперометрических методов и их возможностей в изучении кинетики и механизма электродных процессов; умение анализировать поляризационные кривые, полученные экспериментально; умение рассчитывать основные кинетические параметры электрохимической реакции
3.2.Уметь:
3.2.1.анализировать поляризационные кривые, полученные экспериментально; рассчитывать основные кинетические параметры электрохимической реакции
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.способностью применять основные положения электрохимии при обсуждении экспериментальных результатов

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Основные понятия теоретической электрохимии
1.1. Предмет электрохимии. Теоретическая электрохимия, ее разделы. Основные понятия электрохимии: электрохимическая система, проводник первого и второго рода, электрод, правильно разомкнутая электрохимическая цепь, катод, анод при электролизе и в гальваническом элементе, законы Фарадея. Физический смысл числа Фарадея Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
1.2. Предмет электрохимии. Теоретическая электрохимия, ее разделы. Основные понятия электрохимии: электрохимическая система, проводник первого и второго рода, электрод, правильно разомкнутая электрохимическая цепь, катод, анод при электролизе и в гальваническом элементе, законы Фарадея. Физический смысл числа Фарадея Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
1.3. Электролиз растворов и расплавов. Решение задач на тему «Электролиз. Законы Фарадея» Сам. работа 3 4 ПК-2 Л1.1, Л2.1
1.4. Подготовка к лабораторной работе «Электролиз водных растворов электролитов» Сам. работа 3 2 ПК-2 Л1.1, Л2.1
1.5. Лабораторная работа «Электролиз водных растворов электролитов» Лабораторные 3 6 ПК-2 Л1.1
1.6. Равновесные свойства заряженных межфазных границ. Адсорбция на границе раздела фаз. Скачки потенциала на границе металл-раствор. Различные случаи образования ДЭС на границе металл-раствор. Сам. работа 3 6 ПК-2 Л1.1
Раздел 2. Методы изучения строения ДЭС
2.1. Основное уравнение электрокапиллярности. Электрокапиллярные явления на жидких электродах. Влияние адсорбции ПАВ различных типов на ЭКК. Количественное определение адсорбции методом ЭКК. Экспериментальные методы определения поверхностного и межфазного натяжения. Интегральная и дифференциальная емкость ДЭС. Зависимость емкости от потенциала. Влияние концентрации поверхностно-активного и поверхностно-инактивного электролита на емкость ДЭС. Определение величины адсорбции, поверхностного натяжения, потенциала нулевого заряда емкостным методом. Экспериментальные методы определения емкости ДЭС. Эквивалентные электрические схемы ячейки. Импеданс электрохимической ячейки. Мостовой метод измерения емкости ДЭС. Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
2.2. Основное уравнение электрокапиллярности. Электрокапиллярные явления на жидких электродах. Влияние адсорбции ПАВ различных типов на ЭКК. Количественное определение адсорбции методом ЭКК. Экспериментальные методы определения поверхностного и межфазного натяжения (покоящейся капли, капиллярного электрометра, методы Ребиндера и эстанса). Интегральная и дифференциальная емкость ДЭС. Зависимость емкости от потенциала. Влияние концентрации поверхностно-активного и поверхностно-инактивного электролита на емкость ДЭС. Определение величины адсорбции, поверхностного натяжения, потенциала нулевого заряда емкостным методом. Экспериментальные методы определения емкости ДЭС. Эквивалентные электрические схемы ячейки. Импеданс электрохимической ячейки. Мостовой метод измерения емкости ДЭС. Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л1.1
2.3. Построение и анализ электрокапиллярных кривых. Расчет заряда электрода и величины адсорбции ионов Лабораторные 3 6 ПК-2 Л2.1
2.4. Построение и анализ емкостных кривых. Расчет заряда электрода, пограничного натяжения и величины адсорбции ионов Лабораторные 3 6 ПК-2 Л2.1
Раздел 3. Теории строения ДЭС
3.1. Теории строения двойного электрического слоя Гельмгольца, Гуи-Чапмена, Штерна, Грэма. Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
3.2. Теории строения двойного электрического слоя Гельмгольца, Гуи-Чапмена, Штерна, Грэма. Сам. работа 3 6 ПК-2 Л1.1, Л2.1
3.3. Особенности строения ДЭС, связанные с дискретным характером специфически адсорбированных ионов. Методы расчета компонентов заряда и скачков потенциала в двойном электрическом слое. Теория ДЭС при адсорбции ПАОВ. Сам. работа 3 6 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
Раздел 4. Диффузионная кинетика
4.1. Электрохимическая кинетика, цели и задачи. Диффузионная кинетика. Стадии электродного процесса, лимитирующая стадия. Способы доставки вещества к электроду. Обратимые и необратимые электродные процессы. Три основных уравнения диффузионной кинетики Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
4.2. Электрохимическая кинетика, цели и задачи. Диффузионная кинетика. Стадии электродного процесса, лимитирующая стадия. Способы доставки вещества к электроду. Обратимые и необратимые электродные процессы. Три основных уравнения диффузионной кинетики. Сам. работа 3 6 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
4.3. Стационарная диффузия. Поляризационные кривые при стационарной диффузии. Теория конвективной диффузии. Уравнение поляризационной кривой для бесконечно большого плоского электрода. Вращающийся дисковый электрод. Равнодоступность поверхности. Решение уравнения конвективной диффузии применительно к вращающемуся дисковому электроду. Определение коэффициентов диффузии, лимитирующей стадии электродного процесса, порядка реакции Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
4.4. Стационарная диффузия. Поляризационные кривые при стационарной диффузии. Теория конвективной диффузии. Уравнение поляризационной кривой для бесконечно большого плоского электрода. Вращающийся дисковый электрод. Равнодоступность поверхности. Решение уравнения конвективной диффузии применительно к вращающемуся дисковому электроду. Определение коэффициентов диффузии, лимитирующей стадии электродного процесса, порядка реакции Сам. работа 3 6 ПК-2 Л1.1, Л2.1
4.5. Нестационарная диффузия в потенциостатических условиях. Распределение концентрации у поверхности электрода. Основы классической полярографии. Уравнение Ильковича для мгновенного тока. Уравнение полярографической волны Гейровского-Ильковича. Качественный и количественный анализ в классической полярографии, установка и электроды. Определение коэффициентов диффузии, природы лимитирующей стадии, константы устойчивости и состава комплексных ионов методом классической полярографии Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
4.6. Нестационарная диффузия в потенциостатических условиях. Распределение концентрации у поверхности электрода. Основы классической полярографии. Уравнение Ильковича для мгновенного тока. Уравнение полярографической волны Гейровского-Ильковича. Качественный и количественный анализ в классической полярографии, установка и электроды. Определение коэффициентов диффузии, природы лимитирующей стадии, константы устойчивости и состава комплексных ионов методом классической полярографии Сам. работа 3 6 ПК-2 Л1.1, Л2.1
4.7. Подготовка к лабораторной работе «Поляризационные кривые ртутно-пленочного электрода» Сам. работа 3 4 ПК-2 Л1.1, Л2.1
4.8. Лабораторная работа «Поляризационные кривые ртутно-пленочного электрода» Лабораторные 3 6 ПК-2 Л1.1, Л2.1
4.9. Подготовка к лабораторной работе «Определение коэффициентов диффузии ионов методом хроноамперометрии» Сам. работа 3 4 ПК-2 Л1.1, Л2.1
4.10. Лабораторная работа «Определение коэффициентов диффузии ионов методом хроноамперометрии» Лабораторные 3 6 ПК-2 Л1.1, Л2.1
4.11. Подготовка к зачету Сам. работа 3 8 Л1.1, Л2.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1. Предмет и задачи теоретической электрохимии. Разделы теоретической электрохимии.
2. Дайте понятия: электрод, правильно разомкнутая электрохимическая цепь, катод, анод при электролизе и в гальваническом элементе.
3. Сформулируйте законы Фарадея. Физический смысл числа Фарадея.
4. Дайте определение адсорбции на границе раздела фаз.
5. Скачки потенциала на границе металл-раствор: поверхностный, внутренний, внешний потенциалы.
6. Скачки потенциала на границе металл-раствор: вольта- и гальвани-потенциалы.
7. Различные случаи образования ДЭС на границе металл-раствор (неполяризуемый электрод).
8. Различные случаи образования ДЭС на границе металл-раствор (идеально поляризуемый электрод).
9. Адсорбционный метод изучения строения ДЭС.
10. Ме¬тод электрокапиллярных кривых (ЭКК),
11. Основное уравнение электрокапиллярности.
12. Электрокапиллярные явления на жидких и твердых электродах.
13. Влияние адсорбции ПАВ различных типов на ЭКК.
14. Количественное определение адсорбции методом ЭКК.
15. Потенциал нулевого заряда и его значение.
16. Экспериментальные методы определения поверхностного и межфазного натяжения (покоящейся капли, капиллярного электрометра).
17. Экспериментальные методы определения поверхностного и межфазного натяжения (методы Ребиндера и эстанса).
18. Интегральная и дифференциальная емкость ДЭС.
19. Зависимость емкости от потенциала.
20. Влияние концентрации поверхностно-инактивного электролита на емкость ДЭС.
21. Влияние концентрации поверхностно-активного электролита на емкость ДЭС.
22. Определение величины адсорбции, поверхностного натяжения, потенциала нулевого заряда емкостным методом.
23. Экспериментальные методы определения емкости ДЭС.
24. Эквивалентные электрические схемы ячейки.
25. Импеданс электрохимической ячейки. Мостовой метод измерения емкости ДЭС.
26. Теория строения ДЭС Гельмгольца.
27. Теория строения ДЭС Гуи-Чапмена.
28. Теория строения ДЭС Штерна,.
29. Теория строения ДЭС Грэма.
30. Особенности строения ДЭС, связанные с дискретным характером специфически адсорбированных ионов.
31. Методы расчета компонентов заряда и скачков потенциала в двойном электрическом слое.
32. Электрохимическая кинетика, цели и задачи. Диффузионная кинетика. Стадии электродного процесса, лимитирующая стадия.
33. Способы доставки вещества к электроду. Обратимые и необратимые электродные процессы.
34. Три основных уравнения диффузионной кинетики.
35. Алгоритм решения диффузионной задачи.
36. Стационарная диффузия. Поляризационные кривые при стационарной диффузии для реакции Men+ + ne = Me.
37. Стационарная диффузия. Поляризационные кривые при стационарной диффузии для реакции Ox + ne = Red
38. Теория конвективной диффузии.
39. Уравнение поляризационной кривой для бесконечно большого плоского электрода.
40. Вращающийся дисковый электрод. Равнодоступность поверхности. Решение уравнения конвективной диффузии применительно к вращающемуся дисковому электроду.
41. Определение коэффициентов диффузии, лимитирующей стадии электродного процесса, порядка реакции с использованием ВДЭ.
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
ФОС находится в приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Лукомский Ю. Я., Гамбург Ю. Д. Физико-химические основы электрохимии: учебник Долгопрудный: Интеллект, 2008
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Б.Б. Дамаскин, О.А Петрий Основы теоретической электрохимии: М.: Высш. шк, 1983
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
6.3. Перечень программного обеспечения
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://www.lib.asu.ru электронные ресурсы научной библиотеке АлтГУ
http://www.rsl.ru РГБ Российская государственная библиотека
http://ben.irex.ru БЕН Библиотека естественных наук
http://www.gpntb.ru ГПНТБ Государственная публичная научно-техническая библиотека
http://ban.pu.ru БАН Библиотека Академии наук
http://www.nlr.ru РНБ Российская национальная библиотека
http://www.elibrary.ru Научная электронная библиотека РФФИ
http://www.chem.msu.su Электронная библиотека на сервере химфака МГУ
http://www.lib.msu.su Библиотека МГУ

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Изучение данного курса предполагает высокий уровень подготовки студента в процессе прошлого изучения курсов физики и высшей математики, а также физической и коллоидной химии.
При изучении курса работа студента делится на три блока:
1. Лекционное изучение предмета;
2. Выполнение лабораторных работ;
3. Самостоятельная работа.
Лекционный курс состоит из 12 часов. Преподаватель дает на лекциях основной, базовый материал курса, являющийся главным по значению для студента и, возможно, представляющий наибольшую трудность для самостоятельного изучения. Безусловно, посещение студентом лекций по курсу является одной из основных задач студента, исходя из вклада лекционного курса в общий курс. Но наиболее важной считается работа студента на семинарских и лабораторных занятиях, сдача коллоквиумов к ним, написания двух контрольных работ, из которых и складывается итоговая оценка.
Для плодотворной работы на лабораторных занятиях и получения хороших результатов студенту необходимо провести самостоятельную подготовку. Самостоятельная работа студента должна занимать главное по важности место в изучении курса. Продуктивное изучение рассматриваемых на лабораторных и семинарских занятиях вопросов должно быть обеспечено всеми необходимыми средствами, предоставляемыми студенту преподавателем. В эти необходимые к подготовке средства входит: часть лекционного курса по данному вопросу, список основной и дополнительной литературы, список методических указаний к курсу, список электронных ресурсов, а также указание направлений предыдущего изучения различных курсов, которое могло бы быть полезно для наиболее полной подготовки к семинару. Для допуска к зачету необходимо выполнить 5 лабораторных работ, сдать отчеты к ним, а также написать на положительную оценку 2 контрольные работы. Кроме того, необходимо выполнить тестовые задания, набрав не менее 70% правильных ответов.
Зачет проходит в устной форме по вопросам, приведенным выше. Оценка – «зачтено/незачтено»