電化學與金屬腐蝕-資料下載頁

　　

【正文】 下一頁 上一頁 64 金屬與周圍介質發生電化學作用而引起的金屬腐蝕。 例如 ,鋼鐵在潮濕的環境中生銹 ,發生的就是電化學腐蝕： 較小的金屬易失電子，被氧化而腐蝕，是腐蝕電池的陽極（也稱負極）。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。 ?2 電化學腐蝕 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 65 1) 析氫腐蝕 在 酸性較強 的條件下鋼鐵發生析氫腐蝕 ,電極反應為 : 陽極 :Fe－ 2e=Fe2+ 陰極 :2H++2e=H2↑ 在 弱酸性或中性條件 下鋼鐵發生吸氧腐蝕 ,電極反應為： 陽極 :Fe2e=Fe2+ 陰極 :2H2O+O2+4e=4OH－ 吸氧腐蝕比析氫腐蝕更為普遍。 2）吸氧腐蝕 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 66 3）差異充氣腐蝕 光滑金屬片也會因電解質溶液中溶解 O2量不同而引起電化學腐蝕。 腐蝕液 {NaCl+K3[Fe(CN)6]+酚酞 } 滴在光滑 鐵片，中央變藍。 ?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。測量腐蝕速率最直接的方法是經典的失重法。 影響金屬腐蝕速率的因素較多，包括金屬的活潑性、金屬在特定介質中的電極電勢和環境的酸度、濕度及污染物等。 在討論腐蝕電池時，要注意腐蝕電池的電極電勢與前面所介紹的平衡電勢是不相同的。 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。 電極電勢的建立并不表示電極反應已達到平衡狀態，因而稱為非平衡電勢。 非平衡電勢最后能達到一個恒定的數值，稱為穩定電勢。穩定電勢與溶液的成分、濃度、溫度、攪拌情況以及金屬表面狀態有關，且不服從能斯特方程式。 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 69 在接通電路后，腐蝕電池的電動勢比未接通電路前減小，這就使腐蝕電池的電流減小，因而降低了金屬的腐蝕速率。如果沒有極化作用，金屬腐蝕速率將會大幾十倍甚至幾百倍。所以極化作用是減緩金屬腐蝕的一個重要因素。 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。 2. 保護層法 ： 例：在金屬表面涂漆、電鍍或用化學方法形成致密而耐腐蝕的氧化膜等。如白口鐵 (鍍鋅鐵 )、馬口鐵 (鍍錫鐵 )。 :在腐蝕介質中，加入少量能減小腐蝕速率的物質以防止腐蝕的方法。 (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。主要是在金屬的表面形成氧化膜或沉淀物。 (2)有機緩蝕劑：在酸性介質中，一般是含有 N、 S、 O的有機化合物。常用的緩蝕劑有烏洛托品、若丁等。 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 。它一般分為犧牲陽極保護法和外加電流法 。 (1)、 犧牲陽極保護法 用較活潑的金屬或其三元合金如 (Zn、 Al)連接在被保護的金屬上，被保護的金屬作為腐蝕電池陰極而達到不遭腐蝕的目的。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 72 (2)、 外加電流法 將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個電極。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。 利用電解裝臵 ,只要外加電壓足夠強 ,就可使被保護的金屬不被腐蝕。此法可用于防止土壤、海水和河水中金屬設備的腐蝕。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 73 () ln)()( mrmr QRTTGTG ????ΔrGm= nFE 和 ΔrGm = nFE 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 74 本章小結 電極電勢 電極與電解質溶液接觸時產生的電勢稱為電極電勢。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。 原電池的電動勢與電池反應的摩爾吉布斯函數變 ΔrGm= – nFE 及 ΔrGm? = –nFE? 式中 F稱為法拉第常數，其值為 96485Cmol1。 原電池 氧化還原反應方程式的配平。 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。負極上還原劑失電子進行氧化反應，正極上氧化劑得電子進行還原反應。半反應式中氧化態和相應的還原態物質組成電極，又稱為氧化還原電對，如 Cu2+/Cu。 原電池可用圖式表示，例如 () Zn | Zn2+ Fe2+， Fe3+ | Pt (+)。 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。 濃度的影響和電動勢的能斯特方程式 對于電池反應 aA(aq) + bB(aq) = gG(aq) + dD(aq)， 在 的電動勢為 badcccccccccnEE )/()/()/()/(lg0591 BADC????電極電勢的能斯特方程式 對于電極反應： a(氧化態 ) + neˉ = b(還原態 )，在 電極電勢： 0 . 0 5 9 1 7 V { ( ) }lg{ ( ) }bacnc????還原態氧化態首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 76 本章小結 （續） 氧化還原反應方向的判斷 電極電勢代數值較大的氧化態物質與較小的還原態物質之間發生的氧化還原反應能自發進行。即 φ(正 )＞ φ(負 )，相當于ΔrGm＜ 0。 化學電池 化學電池是利用自發進行的氧化還原反應將化學能轉換為電能的裝置。可以分為一次電池、二次電池和連續電池等。燃料電池是通過電池的形式將燃燒能轉化為電能的一種裝置。 氧化還原反應進行程度的衡量 氧化還原反應的程度可由標準平衡常數 Kθ的大小來評價。在， V0 5 9 nEK ?首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 77 本章小結 （續） 分解電壓和超電勢 電解池中能使電解順利進行的最低電壓為分解電壓。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。實際分解電壓與理論分解電壓之差稱為超電壓。電解池的超電壓是陰極超電勢與陽極超電勢之和。超電勢總是正值。 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。陽極：若可溶性陽極則電極溶解。若惰性陽極則簡單離子 S Brˉ、 Clˉ、 OHˉ先放電，復雜陰離子則析出氧。 電解的應用 被鍍零件作為陰極材料。 工件作為陽極材料。 工件作陰極、并在操作中不斷旋轉。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 78 本章小結 （續） 金屬的腐蝕及其防止 金屬的腐蝕可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。電化學腐蝕是在 (潮濕 )空氣、電解質溶液或海水、河水環境中發生的，因而形成了腐蝕電池。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。 金屬的防腐方法主要有改變組成法、保護層法、緩蝕劑法和陰極保護法。其中陰極保護法是用電化學方法把被保護金屬作為腐蝕電池的陰極 (正極 )或電解池的陰極而達到防止腐蝕的方法。 首 頁 末 頁 下一頁 上一頁 79 本章學習要求 (3)了解電解池中電解產物一般規律，明確電化學腐蝕及其防止的原理。 (1)了解原電池的組成、半反應式以及電極電勢的概念。能用能斯特方程計算電極電勢和原電池電動勢。 (2) 熟悉濃度對電極電勢的影響以及電極電勢的應用：能比較氧化劑還原劑的相對強弱，判斷氧化還原反應進行的方向和程度。