電化學與金屬腐蝕(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 濃度為 10－ 5mol?dm3溶液中進行時的方向(其余物質處于標準態 )。 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。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 33 兩半反應式為： Cl2 + 2e = 2Clˉ Mn2++ 4H2O = MnO4 + 5e + 8H+ = V )/ M nM n O()/ M nM n O( 2424 ???? ? ??cccccc/)Mn(]/)H([]/)M n O([lg5V05 91 284??? ?? 可見 , c(H+)對 φ(Cl2/Clˉ)無影響，對 φ(MnO4/Mn2+) 有重大影響。 φ (Cl2/Cl)= 所以，可以正向進行。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 34 氧化還原反應進行程度的衡量 氧化還原反應進行的程度也就是氧化還原反應在達到平衡時，生成物相對濃度與反應物相對濃度之比，可由氧化還原反應標準平衡常數 K 的大小來衡量。 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 。 Cu(s)＋ 2Ag+(aq) Cu 2+(aq)＋ 2Ag(s) 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 36 上述結果表明：該反應進行的程度是相當徹底的。但實際情況如何，還要涉及到反應速率問題。這類溶液中離子間氧化還原反應較瞬即完成的離子互換反應稍慢些。 == 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 。 、一次電池 放電后不能充電或補充化學物質使其復原的電池。 錳干電池 電池符號： ()Zn|ZnCl2, NH4Cl(糊狀 ) |MnO2|C(+) 電極反應 :() Zn(s) → Zn 2+(aq) + 2e (+)2MnO2 +2NH4+(aq)+2e→ Mn 2O3 +2NH3(g)+2H2O(l) 電動勢 。 它攜帶方便。但反應不可逆，壽命有限。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 38 2 鋅 氧化汞電池 電池符號 : ()Zn∣ Hg∣ KOH(糊狀，含飽和 ZnO)∣ HgO∣ C(+) 電極反應 : () Zn + 2OH 2e → ZnO + H 2O (+) HgO(s) + H2O + 2e → Hg(l) + 2OH 鋅 氧化汞電池體積小能量高，貯存性能優良，是常用電池中放電電壓最平穩的電源之一。缺點是使用汞不利于環保。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 39 3 鋰 鉻酸銀電池 以鋰為負極的還原劑，鉻酸銀為正極的氧化劑，其導電介質為含有高氯酸鋰 (LiClO4)的碳酸丙烯酯(PC)溶液。 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 (—)。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 40 二次電池 放電后通過充電使其復原的電池。 ?鉛蓄電池 電池符號 ()Pb|H2SO4|PbO2(+) 電極反應： 負極： Pb + SO42 2e = PbSO4 正極： PbO2 + 4H+ + SO42 + 2e = PbSO4 + 2H2O 總反應式 Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放電 充電 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 41 在放電后，可以利用外界直流電源進行充電，輸入能量，使兩電極恢復原狀。充電時，兩極反應為放電時的逆反應。正常蓄電池中硫酸密度在 ～ ?cm3之間。若低于 ?cm3，則表示已部分放電，需充電后才能使用。 具有原料易得、價格低廉、技術成熟、使用可靠，又可大電流 放電等優點，所以使用很廣泛。其中約 80%用于汽車工業（發動馬達）。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。 燃料電池就是一種連續電池。燃料電池是名符其實的把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能的 “ 能量轉換機器 ” 。能量轉換率很高，理論上可達100％。實際轉化率約為 70%~80％。 燃料電池由燃料 (氫、甲烷、肼、烴、甲醇、煤氣、天然氣等 )、氧化劑 (氧氣、空氣等 )、電極和電解質溶液等組成。燃料，如氫，連續不斷地輸入負極作還原活性物質，把氧連續不斷輸入正極，作氧化活性物質，通過反應連續產生電流。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 43 氫 氧燃料電池、第四類發電 優點： ，運行壽命長。 ，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。現場使用，分散配制。 目前實用較大的磷酸型 很有前途的甲醇 氧燃料電池 ()Pt|CH3OH(l)|KOH(aq)|O2(g)|Pt(+) 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 44 化學電源與環保 在一次電池和二次電池中，含有汞、錳、鎘、鉛、鋅等重金屬，使用后如果隨意丟棄，就會造成環境污染。 研究無污染電池和無害化處理是目前亟需解決的兩個方面 重金屬通過食物鏈后在人體內聚積，就會對健康造成嚴重的危害。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。因此，加強廢電池的管理，不亂扔廢電池實現有害廢棄物的 “ 資源化、無害化 ” 管理，已迫在眉睫。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 45 電解 利用外加電能的方法迫使反應進行的過程叫電解。在電解過程中，電能轉變為化學能。 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 。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 46 分解電壓和超電勢 實際分解電壓 ——使電解順利進行的最低電壓。 以鉑作電極，電解 dm3Na2SO4溶液為例。 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。 E =。 該原電池的電子流方向與外加直流電源電子流的方向相反。因而至少需要外加一定值的電壓以克服該原電池所產生的電