電化學與金屬腐蝕-預覽頁

　

【正文】 ? 的大小進行比較。 2Mn2+ + 5Cl2 +8H2O 2MnO4 + 16H+ + 10Cl 介質 (H+濃度 )對該反應影響很大 ， 當 c(H+)＝ 105 mol?dm3時，由于其它物質均處于標準狀態，則根據 能斯特方程式 計算可得： 解 : 若用標準電極電勢作為判據， φ (MnO4/Mn2+)值 ()大于 φ (Cl2/Cl)值 ()，似乎氧化態物質 Cl2與還原態物質 Mn2+ 不能發生反應。 求得可由公式： nEK ?首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 35 解 ：先設想按上述氧化還原反應所組成的一個標準條件下的原電池： 負極 Cu(s)＝ Cu2+(aq)＋ 2e φ (Cu2+/Cu)＝ 正極 2Ag+(aq)＋ 2e＝ 2Ag(s) φ (Ag＋ /Ag)＝ 例 計算下列反應在 K 。 == E = φ(正極 ) φ(負極 ) 可求出 根據公式： . 0 5 9 1 7 V V4 5 7 5 9 ???? nEK 得： K = 1015 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 37 化學電源 借自發的氧化還原反應將化學能直接轉變為電能的裝臵稱為化學電源 。但反應不可逆，壽命有限。 電池符號： ()Li | LiClO4, PC | Ag2CrO4 | Ag(+) 電極反應 : () Li e → Li + (+) Ag2CrO4 + 2Li+ + 2e → 2Ag + Li 2CrO4 優點：單位體積所含能量高，穩定性好，電池電壓高 (—)。正常蓄電池中硫酸密度在 ～ ?cm3之間。缺點太笨重（載重 2t的搬運車電池自重 ) 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 42 連續電池 在放電過程中可以不斷地輸入化學物質，通過反應把化學能轉變成電能，連續產生電流的電池。實際轉化率約為 70%~80％。 ，無污染 c. 可連續大功率供電 燃料電池汽車 —我國和世界正在大力發展的綠色汽車 20世紀 90年代已可取代中等容量 火電。重金屬聚積到一定量后會使人發生中毒現象，嚴重的將導致人的死亡。 電解池 外電源 : 正極 負極 電解池 : 陽極 陰極 反應類型 : 氧化 還原 陽極 陰極 H2(g) H+ 2H+(aq)+2e=H2(g) 在電解池的兩極反應中氧化態物質得到電子或還原態物質給出電子的過程都叫做 放電 。 陽極反應： 4OH – 4e→ 2H 2O + O2 算得 ： φ陽 = 陰極反應： 2H+ + 2e→ H 2 算得 ： φ陰 = – D 0 電壓 電流密度 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 47 由電解產物組成的氫氧原電池， H2為負極、O2為正極。 表明分解電壓是由于電解產物在電極上形成某種原電池，產生反向電動勢而引起的。 電解時電解池的實際分解電壓 E(實 )與理論分解電壓E(理 )之差稱為 超電壓 E(超 )，即 E(實 )E(理 )原因 :有電流，偏離平衡電勢，引起 “ 極化 ” 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 49 超電壓 是由超電勢構成的。即電化學極化是由電化學反應速率決定的，無法消除。 ② 電極材料和表面狀態 ：同一電解產物在不同的電極上的超電勢數值不同，且電極表面狀態不同時超電勢數值也不同。 綜合考慮電極電勢和超電勢的因素得出： 在 陽極 上進行氧化反應的首先是析出電勢 (考慮超電勢因素后的實際電極電勢 )代數值 較小 的還原態物質 ； 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 52 簡單 鹽類水溶液 電解產物歸納如下 : 陽極析出的物質： 還原態物質 金屬電極 , X， S2, OH , 含氧酸根 電極反應 Mne→Mn+ 2X2e→X2 4OH – 4e→2H2O+O2 氧化態物質 K+Ca2+Na+Mg2+Al3+ Mn2+Zn2+…(H +)Cu2+Hg2+ 電極反應 2H++2e→H2 M2++2e→M 陰極析出的物質： 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 53 陰極析出的物質： 電極電勢代數值比 φ (H+/H2)(可小于 )大的金屬正離子首先在陰極還原析出 一些電極電勢比 φ (H+/H2)小的金屬正離子（如 Zn2+、 Fe2+等），則由于 H2的超電勢較大，這些金屬正離子仍可能大于 H+的析出電勢，這些金屬也會首先析出。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 55 電解產物分析？ 電解 NaCl濃溶液（石墨作陽極，鐵作陰極）？ 電解 ZnSO4溶液（石墨作陽極，鐵作陰極）？ 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 56 電解的應用 // ： 電鍍 是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程，既可防腐蝕又可起裝飾的作用。 如：電鍍鋅：被鍍零件作為陰極材料，金屬鋅作為陽極材料，在鋅鹽 (如 Na2[Zn(OH)4])溶液中進行電解。 陽極 (Al) 2Al + 3H2O – 6e = Al2O3 + 6H+ 主要反應 2H2O – 4e = 4H+ + O2↑ 次要反應 陰極 (Pb) 2H+ + 2e = H2↑ 陽極氧化可采用稀硫酸或鉻酸或草酸溶液。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 60 3電刷鍍 電刷鍍 是把適當的電鍍液刷鍍到受損的機械零部件上使其回生的技術。 用鍍筆作陽極，工件作陰極、并在操作中不斷旋轉。 金屬腐蝕的本質都是金屬原子失電子被氧化的過程。化學腐蝕原理比較簡單 ,屬于一般的氧化還原反應。電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多 ,腐蝕的速率一般也快得多。 ?小， [O2]小，作為陽極 Fe 2e=Fe2+, 遇 [Fe(CN)6]3變藍 邊緣變紅，因 [O2]大， ?大，作為陰極 2H2O+O2+4e=4OH－ 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 67 * 腐蝕電池的非平衡電勢和腐蝕速率 (轉 75) 腐蝕速率一般以每單位表面積、在單位時間內金屬的失重表示。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 68 在腐蝕電池中，金屬通常不是在含有該金屬離子的溶液中。 當有可覺察量的電流通過電極時，將發生電極的極化，極化作用使腐蝕電池陰極 (正極 )的電極電勢代數值變得更小，陽極 (負極 )的電極電勢代數值變得更大。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 70 金屬腐蝕的防止 ： 例：把鉻、鎳加入普通鋼中制成不銹鋼。 (1)無機緩蝕劑：在中性或堿性介質中主要采用無機緩蝕劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽等。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 71 4 陰極保護法 將被保護的金屬作為腐蝕電池或電解池的陰極而不受腐蝕 。被保護金屬作為電解池陰極，在直流電的作用下陰極受到保護。標準電極電勢是以標準氫電極的電極電勢為 0時的相對值。 自發進行的氧化還原反應可以組成原電池，并將化學能轉變為電能。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 75 本章小結 （續） 氧化劑和還原劑相對強弱的比較 電極電勢代數值越小，則該電對中的還原態物質是越強的還原劑；電極電勢代數值越大，則該電對中的氧化態物質是越強的氧化劑。可以分為一次電池、二次電池和連續電池等。由電解產物所形成的原電池的反電動勢就是理論分解電壓。 電解產物 對于簡單鹽類水溶液，電極產物的一般情況如下： 陰極：析出電勢代數值較大 (考慮超電勢后 )的物質首先在陰極放電。 工件作為陽極材料。一般金屬在酸性介質中是析氫腐蝕，在中性或堿性介質中為吸氧腐蝕。 (1)了解原電池的組成、半反應式以及電極電