Рабочая программа учебной дисциплины "специальные главы электрохимии" Цикл: Профессиональный



Скачать 155.97 Kb.
Дата09.01.2013
Размер155.97 Kb.
ТипРабочая программа


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Профиль(и) подготовки: Автономные энергетические системы

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ"



Цикл:

Профессиональный




Часть цикла:

По выбору




дисциплины по учебному плану:

Б.3вв.10.2




Часов (всего) по учебному плану:

144




Трудоемкость в зачетных единицах:

4


5 семестр



Лекции

36час

5 семестр

Практические занятия

36 час

5 семестр

Лабораторные работы

-




Расчетные задания, рефераты

10 час самостоят. работы

5 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

72 час




Экзамены




5 семестр

Курсовые проекты (работы)

-






Москва - 2010

1.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


Целью дисциплины является изучение основных понятий и законов электрохимии, составляющих базу теоретических основ химических источников тока, процессов электролиза, процессов электрохимической коррозии.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:


  • к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

  • в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, приобретению новых знаний, использованию различных средств и технологий обучения (ОК-6);

  • к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);

  • к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12);

  • понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности (ОК-15);

  • демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);

  • выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности и привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3).

  • использовать современное электрохимическое технологическое и лабораторное оборудование и приборы (ПСК-4);

  • к проведению измерений и наблюдений в области водородной энергетики и технологии, топливных элементов, электрохимических энергоустановок, составлению описания проводимых исследований, подготовке данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций (ПК-13).


Задачами дисциплины являются

  • познакомить обучающихся с основными понятиями и законами современной теоретической электрохимии;

  • научить производить расчеты по основным закономерностям электрохимии, по электрохимической термодинамике и электрохимической кинетике, научить делать выводы из расчетных и экспериментальных работ, относящихся к электрохимии, водородной и электрохимической энергетике.


2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части Профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Автономные энергетические системы направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Физика", "Химия", «Математика», «Физическая химия», «Теоретическая электрохимия».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Теоретические основы химических источников тока", «Энергосберегающая автономная энергетика», «Коррозия и защита материалов в энергетике».
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

  • принципы работы установок водородной энергетики, электрохимических реакторов, аккумуляторов, первичных элементов, топливных элементов, электрохимических энергоустановок;

  • источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по электрохимии (ПК-17).


Уметь:

  • самостоятельно разбираться в методиках расчета и применять их для решения поставленной задачи (ОК-7);

  • организовать рабочее место в электрохимической лаборатории (ПК-12);

  • осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию и выбирать необходимые материалы (ПК-6);

  • собирать и анализировать исходные данные для решения задач прикладной электрохимии с использованием современных методов поиска и обработки информации (ПК-8);

  • проводить эксперименты по заданной методике и анализировать результаты с привлечением соответствующего математического аппарата (ПК-18);

Владеть:

  • способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

  • готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

  • терминологией в области электрохимии (ОК-2);

  • навыками поиска информации об электрохимических характеристиках (ПК-6);

  • готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);


4.СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Общие свойства электролитов. Теория электролитической диссоциации. Теория сильных электролитов.

17

5

6

6

-

5

Тест: Водородный показатель сильных и слабых электролитов

2



Электрохимическая термодинамика. Закономерности протекания электрохимических процессов. Потенциалы металлических и газовых электродов.

Уравнение Нернста.

17

5

6

6

-

5

Тест:

Расчет равновесных потенциалов электродов.


3

Основы электро-химической кинетики. Диффузионная кинетика.

18

5

6

6

-

6

Защита расчетного задания №1

4

Гальванический элемент. Топливные элементы.

18

5

6

6

-

6

Тест: Поляризация электродов. Поляризационные кривые.


5

Общие вопросы электролиза воды. Виды электролизеров воды

18

5

6

6

-

6

Контрольная работа:

Источники тока.

Электролиз.


6

Термодинамика и кинетика электрохимической коррозии. Методы защиты металлов от электрохимической коррозии

18

5

6

6

-

6

Тест:

Коррозия металлов.

Защита металлов от коррозии

Защита расчетного задания №2




Зачет

2

5

--

--

--

2

устный




Экзамен

36

5

--

--

--

36

устный




Итого:

144




36

36

--

72





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции
1. Общие свойства электролитов. Теория электролитической диссоциации. Теория сильных электролитов.
Определения. Сущность электрохимических процессов. Соотношение электрохимии с другими дисциплинами. Краткий исторический очерк. Электрохимические производства. Законы Фарадея.

Определения. Особенности жидких электролитов. Изотонический коэффициент. Предпосылки создания теории электролитической диссоциации.

Теория электролитической диссоциации. Доказательства существования ионов. Ионные равновесия в растворах. Закон разведения. Недостатки теории Аррениуса. Ион-дипольное взаимодействие. Механизм диссоциации электролитов. Энергия кристаллической решетки. Энергия сольватации. Реальная и химическая энергии сольватации. Числа сольватации.

Ион-ионное взаимодейсвие. Ионная атмосфера. Теория сильных электролитов. Активность и коэффициенты активности. Три приближения Дебая-Гюккеля. Ионная ассоциация.

Транспортные явления в электролитах. Диффузия и миграция. Удельная и эквивалентная электропроводности. Методы измерений. Числа переноса. Электрофоретический и релаксационные эффекты. Эффекты Вина и Дебая-Фалькенгагена. Особенности подвижности ионов водорода и гидроксила.

Особенности неводных, расплавленных и твердых электролитов.
2. Электрохимическая термодинамика. Закономерности протекания электрохимических процессов. Потенциалы металлических и газовых электродов. Уравнение Нернста.

Электрохимические процессы. Законы Фарадея. Равновесный электродный потенциал. Стандартный электродный потенциал. Стандартный водородный электрод. Водородная шкала потенциалов

Строение межфазных границ. Гальвани- и вольта-потенциалы. Измерения потенциалов. Электродный потенциал и ЭДС гальванических элементов. Причины образования гальвани-потенциалов. Электрохимическое выражение первого и второго принципов термодинамики. Уравнение Гиббса-Гельмгольца.

Уравнение Нернста. Электрохимические цепи. Цепи с переносом и без переноса. Полуреакции. Стандартные потенциалы. Классификация электродов. Метод ЭДС для определения активности. Мембранные потенциалы. Ион-селективные электроды.

Двойной электрический слой, определения. Адсорбция, поверхностные избытки. Адсорбционное уравнение Гиббса. Потенциал нулевого заряда. Электрокапиллярные явления. Уравнение Липпмана. Модели двойного электрического слоя. Теория Гуи-Чепмена-Штерна-Грэма.
3. Основы электро-химической кинетики. Диффузионная кинетика.

Общая характеристика электрохимических процессов. Гальванический элемент. Уравнения электродных процессов. Электродвижущая сила элемента. Поляризация электродов. Виды поляризации: концентрационная, электрохимическая. Уравнение Тафеля. Напряжение гальванического элемента. Способы увеличения напряжения.

Связь электрохимической и химической кинетики. Стадийность электрохимических процессов. Поляризационные кривые электродов в гальваническом элементе.

Диффузионная кинетика. Стационарные диффузионные процессы. Вращающийся дисковый электрод. Дисковый электрод с кольцом. Нестационарная диффузия. Потенциостатический и гальваностатический режим. Диффузионный импеданс.

Теория замедленного разряда. Релаксационные методы исследования электрохимической кинетики. Влияние двойного электрического слоя на кинетику электродных процессов. Замедленные химические стадии. Механизм выделения водорода. Фазовая поляризация.
4. Гальванический элемент. Топливные элементы

Гальванический элемент. Уравнения электродных процессов, токообразующая реакция. Расчет энергии Гиббса токообразующей реакции, электродвижущей силы гальванических элементов. Поляризационные кривые электродов в гальваническом элементе.

Общие сведения, принцип работы и КПД топливных элементов. Классификация топливных элементов. Водно-щелочные топливные элементы. Принципиальная схема водно-щелочного топливного элемента. Вольт-амперные и поляризационные характеристики. Элементная база. Топливные элементы с ТПЭ с прямым окислением спиртов. Фосфорнокислые топливные элементы. Расплавно-карбанатные топливные элементы.
5. Общие вопросы электролиза воды. Виды электролизеров воды

Определение электролиза. Последовательность электродных процессов. Поляризационные кривые при электролизе. Термодинамика процесса электролиза воды. Теоретическое напряжение разложения. Уравнение Нернста. Скорость электрохимических реакций. Перенапряжение выделения водорода и кислорода. Механизмы анодного выделения кислорода и катодного выделения водорода. Количественные соотношения при электролизе воды. Тепловой баланс электролизной ячейки Напряжение на электрохимической ячейке.

Виды электролизеров. Энергетические затраты на производство водорода. Технико-экономические характеристики электролизеров.
6. Термодинамика и кинетика электрохимической коррозии. Методы защиты металлов от электрохимической коррозии

Определение и квалификация коррозионных процессов. Термодинамика химической коррозии. Кинетика химической коррозии. Механизм электрохимической коррозии. Термодинамика электрохимической коррозии. Электрохимическая коррозия с водородной, кислородной, смешанной деполяризацией. Уравнение процессов коррозии. Скорость электрохимической коррозии. Пассивность металла.

Пассивность металла. Легирование металлов. Жаростойкость, жаропрочность металлов. Металлические (анодное и катодное) защитные покрытия. Процессы коррозии при нарушении сплошности покрытия. Протекторы. Неметаллические защитные покрытия. Электрохимическая (анодная и катодная) защита. Изменение свойств коррозионной среды. Ингибиторы коррозии.

4.2.2. Практические занятия

Расчет водородного показателя растворов сильных и слабых электролитов.

Расчет выходов по току процессов осаждения металла и выделения газов

Расчет эквивалентной электропроводности

Расчет чисел переноса

Расчет равновесных потенциалов редокс-систем.

Расчет коэффициентов активности

Расчет коэффициентов диффузии

Расчет энергии активации

Расчет количества веществ, полученных на электродах в результате электролиза по законам Фарадея. Поляризационные кривые при электролизе.

Электрохимическая коррозия. Уравнение процессов электрохимической коррозии металлов. Защита металлов от коррозии.
4.3. Лабораторные работы «Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены».

4.4. Расчетные задания
№1  Определение среды водных растворов по водородному показателю.

Расчет электрохимических и термодинамических показателей электрохимических систем.

Расчет кинетических закономерностей электрохимических процессов. Построение поляризационных кривых электрохимических систем.

№2  Рассмотрение возможности электрохимической коррозии металла в конкретной коррозионной среде. Вероятные катодные и анодные реакции коррозии. Расчет скорости электрохимической коррозии металла. Влияние различных факторов на скорость процесса. Предложить способы защиты металла от коррозии.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы «Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен».

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием компьютерных презентаций и сопровождаются демонстрационными опытами по каждому разделу курса. Могут проводиться и в традиционной форме с демонстрацией видеофильмов, таблиц, микроопытов на экране.

Практические занятия проводятся в основном в традиционной форме. Могут представлять собой компьютерные тренинги в специализированных компьютерных классах МЭИ.

Самостоятельная работа включает подготовку к лекционным и практическим занятиям, выполнение домашних расчетных заданий, подготовку к тестам и контрольным работам, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются расчетные домашние задания с последующей их защитой, защиты лабораторных работ, различные виды тестов, контрольные работы, коллоквиумы, устный опрос.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен (устный).

Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка за экзамен, в спорных случаях при выставлении экзаменационной оценки могут приниматься во внимание оценки за зачет, коллоквиумы и защиты расчетных заданий Оценка за зачет рассчитывается как средняя по всем видам текущего контроля.
В приложение к диплому вносится оценка за экзамен в 5 семестре.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:
а) основная литература:

1. Краснов К.С. Физическая химия – М: Высшая школа, 2-е изд. 2001-512 с.: ил.

2. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия: Учебник для вузов. – М.: Химия, 2001.-624с.: ил.

3. Б.Б.Дамаскин, О.А.Петрий. Основы теоретической электрохимии. М., Высшая школа, 1987
б) дополнительная литература:

1.Краткий справочник физико-химических величин/ под ред. Равдаля А.А. – Л.: Химия, 1983-200 с.: ил.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www.xumuk.ru/, http://www.ingibitory.ru, http://www.biohim.ru/.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и учебной химической лаборатории, располагающей оборудованием для современного физико-химического анализа.


Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и профилю подготовки «Автономные энергетические системы».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Ланская И.И.
"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ХиЭЭ

д.т.н., профессор Кулешов Н.В.

Похожие:

Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины " специальные вопросы электрохимии " Цикл
Магистерская программа: Автономные энергетические системы. Водородная и электрохимическая энергетика
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины " теоретическая электрохимия " Цикл
Целью дисциплины является изучение основных понятий и законов электрохимии, в частности, вопросов электрохимии, составляющих базу...
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины «дополнительные главы математики» Цикл: общенаучный цикл
По завершению освоения данной дисциплины выпускник должен обладать следующими компетенциями
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный

Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "элнектрохимические энергоустановки" Цикл: Профессиональный
Магистерская программа: Автономные энергетические системы. Водородная и электрохимическая энергетика
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconДисциплины Математический и естественнонаучный цикл
Примерной программы учебной дисциплины «Специальные главы теоретической механики»
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "тепловые и атомные электростанции" Цикл: профессиональный
Целью освоения дисциплины является изучение технологии производства электроэнергии и тепла на тепловых и атомных электростанциях
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины " Дискретная математика " Цикл: профессиональный
Профиль(и) подготовки: Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины " вычислительная механика" Цикл: профессиональный
Профили подготовки: Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике
Рабочая программа учебной дисциплины \"специальные главы электрохимии\" Цикл: Профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "лопастные насосы" Цикл: профессиональный
Профиль подготовки: Автоматизированные гидравлические и пневматические системы и агрегаты
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org