大学化学之电化学基础.ppt

1 第五章电化学基础 2 电化学 电化学是研究化学能和电能相互转化的一门科学 3 人类一切生产和生命活动 能量供应问题 煤 石油等燃烧发热营养物质的消化吸收体内的生物化学反应生物电现象 心电 脑电 4 主要内容5 1氧化还原反应5 2原电池5 3电极电势5 4原电池热力学5 5电解与电化学技术5 6金属的腐蚀与防护 5 5 1氧化还原反应5 1 1氧化还原反应5 1 2氧化还原电对5 1 3氧化还原反应方程式的配平 6 5 1 1氧化还原反应 1 定义元素的氧化值发生了变化的化学反应 Sn2 Fe3 Sn4 Fe2 2 特点 1 存在着氧化剂与还原剂 2 存在着氧化态与还原态 7 5 1 2氧化还原电对 1 电对Ox ne Red同种元素的氧化态与还原态构成了氧化还原电对 记作Ox Red 如Sn4 Sn2 Fe3 Fe2 一个氧化还原反应由两个氧化还原电对组成 8 2 电极反应 任何氧化还原反应都可拆分为两个氧化还原电对的半反应 半电池反应 电极反应 Fe3 e Fe2 Sn2 Sn4 2e氧化 还原反应的实质 两个共轭电对之间的电子转移反应 9 3 电对拆分 2MnO4 5H2C2O4 6H 2Mn2 10CO2 8H2OMnO4 8H 5e Mn2 4H2O H2C2O4 2CO2 2H 2e MnO4 Mn2 CO2 H2C2O4 5 1 3氧化还原反应方程式的配平离子 电子法1 配平原则 电荷守恒 反应过程中氧化剂与还原剂得失电子数相等 质量守恒 反应前后各元素的原子总数相等 11 2 配平的具体步骤 1 写出离子方程式 MnO4 SO32 H Mn2 SO42 H2O 2 将反应拆分为氧化和还原两个半反应式 还原反应 MnO4 Mn2 氧化反应 SO32 SO42 3 配平 使半反应两边的原子数和电荷数相等 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O SO32 H2O SO42 2H 2e 4 使两个半反应得失电子数为其最小公倍数 合并成一个配平的离子反应式 2 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 5 SO32 H2O SO42 2H 2e 2MnO4 5SO32 6H 2Mn2 5SO42 3H2O 例1用离子 电子法配平下列氧化还原反应 K2Cr2O7 KI H2SO4 K2SO4 Cr2 SO4 3 I2 H2O解 先写成离子反应式 Cr2O72 I H Cr3 I2 H2O将离子反应式分成两个半反应 I I2Cr2O72 H Cr3 H2O分别配平两个半反应 2I I2 2eCr2O72 14H 6e 2Cr3 7H2O 使两个半反应得失电子数为其最小公倍数 e 6 合并成一个配平的离子反应式 Cr2O72 6I 14H 2Cr3 3I2 7H2O最后写出配平的氧化还原反应方程式 K2Cr2O7 6KI 7H2SO4 Cr2 SO4 3 4K2SO4 3I2 7H2O 例2配平下列氧化还原反应 H2S H2SO3 S H2OH2S 2e S 2H H2SO3 4H 4e S 3H2O 2 得 2H2S H2SO3 3S 3H2O 例3 配平Cl2 g NaOHNaCl NaClO3 解 Cl2 g 2e 2Cl Cl2 g 12OH 2ClO3 6H2O 10e 5 得 6Cl2 g 12OH 10Cl 2ClO3 6H2O化简得 3Cl2 g 6OH 5Cl ClO3 3H2O3Cl2 g 6NaOH 5NaCl NaClO3 3H2O 17 5 2原电池5 2 1原电池的概念5 2 2原电池的符号5 2 3电池电动势5 2 4电极类型 18 5 2 1原电池的概念 1 定义原电池是利用氧化还原反应产生电流的装置 2 原电池的构成 电势不同的两个电极 盐桥 外电路 检流计 19 电子由Zn极流向Cu极 Zn极电势低 为负极 Cu极电势高 为正极 3 Daniell电池 20 4 特征正极 氧化剂 Cu2 被还原 半电池反应为 Cu2 2e Cu负极 还原剂 Zn 被氧化 半电池反应为 Zn Zn2 2e电池反应为 Cu2 Zn Cu Zn2 21 5 2 2原电池的符号表示1 书写要求 1 负极写在左边 正极写在右边 2 正负极之间用盐桥 相接 3 电极固体标志用一竖线 表示 4 同相之不同物质间用 间隔 5 若为离子时应注明其活度 浓度亦可 6 若电对不含金属导体 则需加一惰性导体 7 纯气体 液体或固体与惰性电极名称之间以 间隔 并应注明其状态 22 2 应用示例 例4 将氧化还原反应2MnO4 5H2O2 6H 2Mn2 8H2O 5O2 拆成两个半电池反应 并写出电极组成和电池组成表示式 解 1 根据正极发生还原反应 负极发生氧化反应的原则 拆分此氧化还原反应为两个半电池反应 正极反应 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O负极反应 H2O2 2H O2 2e 23 2 电极组成 正极 Pt MnO4 c1 Mn2 c2 H c3 负极 Pt O2 p H2O2 c4 H c3 3 电池符号 Pt O2 p H2O2 c4 H c3 MnO4 c1 Mn2 c2 H c3 Pt 24 5 2 3电池电动势1 定义电池电动势是电池正负极之间的瞬时电势差 在接近零电流下所测定的电势差 2 表示电池电动势E E E E 某时刻正极的电势 E 某时刻负极的电势 思考 为什么手电筒电光愈用愈暗 因为其电池电动势愈用愈低 25 5 2 4电极类型1 金属 金属离子电极 Zn Zn2 c 电极反应Zn2 2e Zn2 金属 金属难溶盐 阴离子电极 Ag AgCl s Cl c 电极反应AgCl e Ag Cl 3 双离子电对电极 Pt Fe2 c1 Fe3 c2 电极反应Fe3 e Fe2 4 气体电极 Pt Cl2 p Cl c 电极反应Cl2 2e 2Cl 26 5 3电极电势5 3 1电极电势的产生5 3 2标准电极电势5 3 3Nernst方程式 27 5 3电极电势 5 3 1电极电势的产生 1 电极的双电层结构 M s Mn aq ne 由于在金属与溶液间的界面处形成双电层结构 电极电势产生了 28 双电层结构的电极电势为绝对电极电势 2 影响电极电势的因素电极电势的大小与以下因素有关 1 电极物质的本性 2 电极物质离子的浓度或气体的分压 3 温度 29 5 3 2标准电极电势1 标准氢电极的作用无法直接测出表面电势和相间电势 不能确定电极电势的绝对值 实际中选定一个标准电极 将其电极电势定义为零 即可确定其它电极的电极电势 IUPAC规定 采用标准氢电极作为基准电极 30 2 标准氢电极的组成StandardHydrogenElectrode SHE 1 海绵状铂黑作电极导体 2 H2压力维持100kPa 3 H 活度为1 1 184mol L 1 4 E H H2 0 0000V 31 标准氢电极的组成式可表示为 Pt H2 100kPa H a 1 5 标准氢电极的组成式 电极符号 铂黑上吸附的H2与溶液中的H 建立如下动态平衡 2H aq 2eH2 g 32 3 标准电极电势 1 定义处于标准态下的电极的电势称为该电极的标准电极电势 standardelectrodepotential 用符号E 表示 2 标准态溶液活度为1 或气体压力为100kPa 液体和固体为纯净物 33 4 标准电极电势的测定电池电动势E E E 首先和标准氢电极组成原电池 其次确定被测电极是正极还是负极 若为正极 则其标准电极电势E E EH H2 E 若为负极 则其标准电极电势E EH H2 E E EOx Red 定义为给定电极的标准电极电势 相对值 34 标准电极电势的测定 例5简述测定Pt Fe3 1 0 Fe2 1 0 的标准电极电势的方法及结果 解将Pt Fe3 1 0 Fe2 1 0 与标准氢电极组成电池 从实验电流的方向确定此待测电极为正极 标准氢电极为负极 测得电动势为0 771V 则E E E E Fe3 Fe2 E H H2 式中E的右下角注明了参加电极反应物质的氧化态和还原态 上角的 表示标准状态 E Fe3 Fe2 E 0 771V 35 又 标准锌电极与标准氢电极组成原电池 Zn Zn2 1 0 H 1 0 H2 100kPa Pt 测得此原电池的电动势E 0 7618V 由于E E E E H H2 E Zn2 Zn 0 E Zn2 Zn E Zn2 Zn 0 7618V 36 5 标准电极电势的物理意义 标准电极电势表中 以标准氢电极为界 氢以上电极的E 均为负值 氢以下电极的E 均为正值 某电极的E 代数值愈小 表示此电对中还原态物质愈易失去电子 即还原能力愈强 是较强的还原剂 若电极的E 代数值愈大 表示此电对中氧化态物质愈易得到电子 即氧化能力愈强 是较强的氧化剂 37 6 标准电极电势表及其应用附录 常见的氧化还原电对的标准电极电势 1 标准电极电势与氧化还原反应的关系1 对比两个氧化还原电对的标准电极电势的大小 便可知道此氧化还原反应在标准态时谁是氧化剂 谁是还原剂 38 标准电极电势与氧化还原反应的关系 2 判断标准态时氧化还原反应自发进行方向 强Ox 强Red 弱Ox 弱Red电极电势愈高 氧化还原电对中的氧化态得到电子变成其还原态的趋势愈强 电极电势愈低 氧化还原电对中的还原态失去电子变成其氧化态的趋势愈强 氧化还原反应的方向 电极电势高的电对的氧化态氧化电极电势低的电对的还原态 39 例6判断标准状态时下列氧化还原反应自发进行的方向 2Fe2 Br22Fe3 2Br 解首先 将此氧化还原反应拆成两个半反应 并查出这两个电对的标准电极电势 Fe3 eFe2 E Fe3 Fe2 0 771V Br2 2e2Br E Br2 Br 1 087V 其次 找出标准电极电势高的电对中的氧化态 Br2 和标准电极电势低的电对中的还原态 Fe2 此二者应是该自发反应的反应物 故该反应正向 向右 自发进行 40 解将此氧化还原反应拆成两个半反应 并查出两个电对的标准电极电势 例7判断标准状态下反应Ag Fe2 Ag Fe3 自发进行的方向 Ag eAgE Ag Ag 0 7996V Fe3 eFe2 E Fe3 Fe2 0 771V 反应系统中较强的氧化剂是Ag 较强的还原剂是Fe2 故反应正向 向右 进行 41 2 使用标准电极电势表注意事项 1 电极反应均写成 Ox neRed 无论反应物是电对中的氧化态 还是其还原态 氧化还原电对的E 的符号不变 2Fe3 Sn2 2Fe2 Sn4 E Fe3 Fe2 0 771V 2Fe2 Ag Fe3 Ag E Fe3 Fe2 0 771V 42 3 E 只能判断标准状态下氧化还原反应自发进行的方向 如 Zn2 2eZnE 0 7618V 2Zn2 4e2ZnE 2 0 7618V 2 标准电极电势是强度性质 不具加和性 Ag eAgE Ag Ag 0 7996V Fe3 eFe2 E Fe3 Fe2 0 771V Ag Fe2 Ag Fe3 比较结论 反应正向进行 43 但如果有 Ag 0 10 Fe2 0 10 Ag Fe3 1 0 则反应逆向进行 问题 怎样知道在此条件下反应逆向进行 答案 这是比较电极电势的结果 44 5 3 3Nernst方程式1 电极电势的Nernst方程式2 电池电动势的Nernst方程式3 应用Nernst方程式注意事项 45 5 3 3Nernst方程式 影响电极电势的因素Nernst方程式及浓度对EOx Red及E的影响标准电极电势 只考虑电极本性的影响 故只能用于标准态下的氧化还原反应 非标准态下 EOx Red 考虑电极本性 反应物浓度 温度以及溶液的酸度等因素 Nernst方程式 综合了上述影响因素的计算EOx Red及E的公式 46 1 电极电势的Nernst方程式 对于任一电极反应 aOx nebRed 其电极电势的Nernst方程式为 47 上式 电极电势的Nernst方程式式中E 电极电势 V E 标准电极电势 V R 气体常数 8 314J K 1 mol 1 F Faraday常数 96485C mol 1 T 绝对温度 K n 电极反应中得 失 电子数 mol Ox a 电极反应中电对氧化态浓度幂的乘积 Red b 电极反应中电对还原态浓度幂的乘积电极反应中的固体或纯液体 其活度视为1 气体的浓度用其分压表示 48 E与电极反应物浓度的关系 与电对中氧化态浓度呈正相关 与电对中还原态浓度呈负相关 当T 298 15K时 49 例8已知电极反应Fe3 e Fe2 E 0 77V 试分别计算 1 Fe3 Fe2 10 2 Fe3 Fe2 1 10时的E值 298K 解 由Nernst方程可得E E 0 05916lg Fe3 Fe2 1 当 Fe3 Fe2 10时E 0 77 0 05916 0 83V E 0 06V 2 当 Fe3 Fe2 1 10时E 0 77 0 05916 0 71V E 0 06V当 Fe3 升高时 E升高 Fe3 的氧化性增强 反之相反 50 2 电池电动势的Nernst方程式 对于任一电池反应 aOx1 bRed2cRed1 dOx2 其电池电动势的Nernst方程式为 51 在298 15K时 代入有关常数得 Ox1 Red2 反应物 Red1 Ox2 产物E与电池反应物浓度的关系 E与电池反应中反应物浓度呈正相关 与电池反应中产物浓度呈负相关 52 3 应用注意事项 1 除Ox和Red外 若有H 或OH 参加反应 则它们的浓度也应写进Nernst方程式 如MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 298 15K时 2 无论是计算电极电势 还是计算电池电动势 都必须首先配平反应式 3 电极的电子转移数往往与电池反应不一致 53 5 4原电池热力学5 4 1可逆电池5 4 2电池电动势与反应Gibbs函数变5 4 3氧化还原反应中的化学平衡5 4 4电极电势的应用 54 5 4 1可逆电池1 可逆电池2 不可逆电池 55 1 可逆电池 1 热力学上可逆 使电池内部始终无限近于平衡状态 2 电极反应也是可逆的 即在化学上为可逆反应 如 Dianell电池 56 Dianell电池 57 2 不可逆电池不满足可逆电池条件的原电池 58 Volta电池为不可逆电池 电池符号为Zn H2SO4 Cu 产生电流时 Zn极溶解 Cu极上有H2气析出 即 Zn 2H Zn2 H2若向该电池中施加与其电动势相反外电源 当外电源电动势大于电池电动势时 Cu极上反应是铜极溶解而锌极上有氢气或铜析出 Cu 2H Cu2 H2以上两个反应互不相干 59 5 4 2电池电动势与反应Gibbs函数变对于可逆电池反应 Gm We nFE可得出 Gm nFE G m nFE 上式对于电极反应也适应 60 5 4 3氧化还原反应中的化学平衡标准平衡常数与标准电动势的关系为 rGm nFE rGm RTlnK 即得 nFE RTlnK 当T 298 15K时 61 由上式可见 对于一个电池反应 E 值越大 K 值越大 反应进行越完全 E 值越小 K 值越小 E 0 K 值很小 反应实际不能进行 E 可用来判断反应进行的方向和限度 62 5 4 3电极电势的应用1 设计原电池并计算电池的电动势2 确定氧化剂 还原剂的相对强弱3 判断氧化还原反应进行的方向4 判断氧化还原反应进行的限度 63 例1pH的测定 以甘汞电极为参比电极 玻璃电极为指示电极组成原电池 1 设计原电池并计算电池的电动势 64 玻璃电极Ag AgCl s HCl 0 1mol L 1 玻璃膜 待测溶液E E 0 0592pH甘汞电极Hg Hg2Cl2 s KCl 饱和 Hg2Cl2 2e 2Hg 2Cl E甘汞 E Hg2Cl2 0 0592 2lg1 c2 Cl 0 2415VE E甘汞 E玻璃 0 2415 E 0 0592pH 65 例 计算在298 15K时下列原电池的电动势 Ag AgNO3 0 01mol L 1 AgNO3 1mol L 1 Ag 解 这种由不同浓度的同类电极组成的原电池称浓差电池 正极反应 Ag 1mol L 1 eAg s 负极反应 Ag s eAg 0 01mol L 1 电池反应 Ag 1mol L 1 Ag 0 01mol L 1 E E Ag Ag 0 0592lg Ag E E Ag Ag 0 0592lg Ag E E E 0 0592lg Ag Ag 0 0592lg 1 0 01 0 1184V 66 2 确定氧化剂 还原剂的相对强弱标准电极电势值的符号和大小 反映了该电极与氢电极相比较的氧化还原能力的强弱 代数值越小 其还原态越易失去电子 还原性越强 代数值越大 其氧化态越易得到电子 氧化性越强 几种物质可能同时发生氧化还原反应时 则数值相差越大 其相互反应的趋势就越大 67 例试列出E MnO4 Mn2 1 5VE Cu2 Cu 0 337VE I2 I 0 534VE Sn4 Sn2 0 154V各电对氧化型物种的氧化能力和还原型物种的还原能力的强弱顺序 68 解 比较电对的标准电极电势的代数大小 可知 随着E 值的增大 电对中的氧化型物种得电子的能力 即氧化能力 增强 而电对中的还原型物种失电子的能力 即还原能力 减弱 因此 氧化型物种氧化能力由强到弱的顺序是 MnO4 I2 Cu2 Sn4 还原型物种的还原能力由强到弱的顺序是 Sn2 Cu I Mn2 69 由E 值的相对大小可知 氧化性 F2 Cl2 Br2 I2还原性 I Br Cl F F2 2e2F E 2 87V Cl2 2e2Cl E 1 36V Br2 2e2Br E 1 07V I2 2e2I E 0 54V 如卤族元素之间的置换反应 即可从E 值的变化加以解释 70 例要选择一种氧化剂能使Cl 和Br 的混合溶液中的Br 氧化成Br2 但Cl 不变化 试确定在常用的氧化剂KMnO4和K2Cr2O7中 选择何种为宜 解 查标准电极电势表 Cr2O72 14H 6e2Cr3 7H2OE 1 23V MnO4 8H 5eMn2 4H2OE 1 51V 由E 值可知 标准状态下 KMnO4能将Cl 和Br 都氧化 而K2Cr2O7只能氧化Br 不能氧化Cl 故选择K2Cr2O7为宜 Br2 2e2Br E 1 07V Cl2 2e2Cl E 1 36V 71 3 判断氧化还原反应进行的方向 任何一个氧化还原反应 原则上都可设计成原电池 利用原电池电动势的正负可以判断氧化还原反应进行的方向 注 只有在标准状态下 才可直接由标准电极电势来判断氧化还原反应的方向 rGm W nFE 若 rGm0 则反应正向自发进行 rGm 0 E 0 则反应逆向自发进行 rGm 0 E 0 则反应处于平衡状态 72 例当 Pb2 0 010mol L 1 Sn2 0 50mol L 1时 金属锡能否从溶液中将Pb2 还原出来 已知E Pb2 Pb 0 126V E Sn2 Sn 0 136V 解 根据电池反应式Pb2 Sn Pb Sn2 应用Nernst方程 0 041V故金属锡不能从溶液中将Pb2 还原出来 73 例13判断下列反应在298 15K时自发进行的方向 Fe Cu2 Fe2 Cu其中 Cu2 0 10mol L 1 Fe2 1 0mol L 1 解 思路 电极电势比较法 Fe2 Fe 电极反应式 Fe2 2eFe 0 4402V 74 Cu2 Cu 电极反应式 Cu2 2eCu 0 307V EFe2 Fe 故Cu极应为正极 又Cu2 Cu电对中氧化态 氧化剂 为正向反应物 故此反应在298 15K时正向自发进行 75 例14根据下列反应组成电池 写出电池组成式 计算在298 15K时电池电动势 并判断反应自发进行的方向 2Cr3 0 010mol L 1 2Br 0 10mol L 1 2Cr2 1 0mol L 1 Br2 l 解 思路 电动势正负法 假设反应按所写方程式正向进行 则电池组成式为 Pt Br2 l Br 0 10mol L 1 Cr3 0 010mol L 1 2Cr2 1 0mol L 1 Pt 1 672V 0 该反应逆向自发进行 76 4 确定氧化还原反应进行的限度 反应限度通过平衡常数的大小加以判断 平衡常数与标准电动势的关系为 rGm nFE rGm RTlnK 即得 nFE RTlnK 当T 298 15K时 77 在一定温度下 平衡常数只与反应物质的本性有关 而与反应物的浓度无关 平衡常数K 105时 反应进行得很完全 计算平衡常数时 必须注意n值的正确选用 因为同一个电池反应 计量系数不同时有不同的电子转移数n 例如 Fe 2H Fe2 H2n 2 Fe H Fe2 H2n 1 78 例15求KMnO4与H2C2O4的反应平衡常数K 298 15K 解反应方程式为2MnO4 5H2C2O4 6H 2Mn2 10CO2 8H2O拆成半反应 MnO4 8H 5eMn2 4H2O E 1 507V H2C2O42CO2 2H 2e E 0 49V 配平后的氧化还原方程式电子转移数为10 K 10338 105 79 例16测定298 15K时AgCl的Ksp 值 解用Ag Ag 和Ag AgCl Cl 电极组成电池 Ag eAgEAg Ag 0 7996V AgCl eAg Cl EAgCl Ag 0 2222V 电池组成为 Ag AgCl Cl 1mol L 1 Ag 1mol L 1 Ag 电池反应式为 Ag Cl AgCl s n 1 电池电动势E E E E 0 7996 0 2222 0 5774V 80 此电池反应的标准平衡常数 K 5 75 109 AgCl的溶度积为 Ksp 1 K 1 5 75 109 1 74 10 10 81 5 5电解与电化学技术 5 5 1电解装置与原理5 5 2电解产物的判断5 5 3电化学技术 82 5 5 1电解装置与原理 1 电解借助电能使不能自发进行的氧化还原化学反应得以进行的过程 2 电解池电解的装置称为电解池 电解装置 83 3 阴极与外电源负极相连接的电极称为阴极 电解池中正离子移向阴极 在阴极上得到电子 发生还原反应 4 阳极与外电源正极相连接的电极称为阳极 电解池中负离子移向阳极 在阳极上给出电子 发生氧化反应 离子在相应电极上得失电子的过程均称放电 84 5 5 2电解产物的判断 1 判断依据和一般规律2 分解电压 85 电解熔融电解质很简单 而水溶液中含H OH 则复杂 1 判断依据和一般规律 1 在阴极何种正离子电极电势高 则被还原 Cu2 Hg2 Ag Pt2 Au 电极电势 0 析出金属 Sn2 Pb2 Fe2 Ni2 Zn2 电极电势 0 同样析出金属 2 在阳极何种负离子电极电势低 则被氧化 S2 Cl Br I 86 例5 14 为什么电解Na2SO4水溶液相当于电解水 解 阴极 H Na H2 阳极 OH SO42 E O2 OH 0 401VE S2O82 SO42 2 010V故阳极 O2 电解Na2SO4水溶液相当于电解水 87 2 分解电压 1 理论分解电压克服电解分解产物构成的原电池的电动势所需的电解池外加电压 2 实际分解电压由于电极极化导致的实际上高于理论值的最低分解电压 88 3 超电压 由于极化现象而产生的实际分解电压与理论分解电压之差 例 用铂做电极 电解NaCl的饱和溶液 试指出两电极上的产物 89 解 溶液中存在四种离子 Na Cl H 和OH 等 通电后 正离子Na H 移向阴极 标准电极电势分别为 E Na Na 2 71V E H H2 0 0000V电极电势代数值大的氧化剂容易得到电子 故 离子在阳极放电 生成氢气逸出 2H 2e H2 g 90 负离子Cl OH 移向阳极 E Cl2 Cl 1 35827V E O2 OH 0 401V电极电势代数值小的还原剂易失电子 本该OH 离子首先放电 有O2 g 析出 但由于 NaCl饱和溶液 c Cl c OH 电极材料对析出O2的超电压要比析出Cl2大得多 结果是Cl 离子在阳极放电 生成氯气逸出 2Cl 2e Cl2 g 91 因此 电解NaCl饱和溶液的总反应为2NaCl 2H2O Cl2 H2 2NaOH即在两极上分别得到氢气和氯气 溶液中产生NaOH 烧碱 电化学工业氯碱工业的基本化学原理 92 例工业上精炼铜时 以铜作电极 电解CuSO4水溶液 试指出两电极上的电解产物 93 解 溶液中存在着四种离子 即Cu2 SO42 H OH 通电后 Cu2 和H 移向阴极 E Cu2 Cu 0 3419V E H H2 0 0000V所以Cu2 在阴极得电子析出Cu 电极反应为 Cu2 2e Cu 94 溶液中移向阳极的SO42 OH 和铜电极都可能发生氧化反应 E Cu2 Cu 0 3419VE S2O82 SO42 2 010VE O2 OH 0 401V其中E 代数值小的还原物质为Cu 首先在阳极失去电子 变为Cu2 发生阳极溶解 即 Cu 2e Cu2 总反应为 Cu 阳极 Cu 阴极 95 5 5 3电化学技术 电解原理的应用 1 电镀2 电铸3 电抛光4 电解加工5 铝阳极氧化 96 1 电镀 1 定义电镀是应用电解的方法将金属覆盖到一种载体表面上的过程 2 作用抗腐蚀 装饰 3 种类1 槽镀 电刷镀 镀层物质溶液移动 2 单金属镀 合金镀 多种金属同时沉积到工件表面 满足E值相近 Co和Ni Pb和Sn E值不相近 电镀黄铜 97 电镀黄铜 Cu和Zn合金 E Zn2 Zn 0 7618V E Cu2 Cu 0 3419V E Cu Cu 0 522V E 相差甚远 Zn CN 4 2 Zn2 4CN K不稳 2 0 10 17 Cu CN 3 2 Cu 3CN K不稳 2 6 10 29 98 镀锌将金属制件 被镀件 作阴极 锌板作为阳极 为了使镀层结晶细致 厚薄均匀 与基体结合牢固 电镀液通常用配合物碱性锌酸盐镀锌或氰化物镀锌等 碱性锌酸盐可离解出少量的Zn2 Na Zn OH 4 2Na Zn OH 4 2 Zn OH 4 2 Zn2 4OH 99 由于Zn2 的浓度比较低 故使金属晶体在镀件上析出时晶核生长速率小 有利于新晶核的生长 从而得到致密 均匀的光滑镀层 镀锌丝 铁钉 100 2 电铸 1 定义以电化学原理实现铸造的方法 2 特点 铸层与模体易于分离 镀层浑厚 3 电抛光 1 定义利用电解作用进行抛光 使金属变得平滑和有光泽的过程 2 特点 自动化程度高 耐腐蚀性好 无微断裂纹 101 3 原理阳极金属表面上凸出部分在电解过程中的溶解速率大于凹入部分的溶解速率 102 4 电解加工电解加工是利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理 将工件加工成型 103 5 6金属的腐蚀与防护 当金属和周围介质接触时 由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属腐蚀 金属腐蚀分类 化学腐蚀 电化学腐蚀 5 6 1金属的腐蚀1 化学腐蚀2 电化学腐蚀5 6 2金属的防蚀 104 1 化学腐蚀 1 定义单纯由化学作用而引起的腐蚀称为化学腐蚀 例 金属与空气中的氧 氯 硫化氢等气体的作用 银在碘蒸气中的反应 2 特点腐蚀过程中无电流产生 腐蚀产物直接生成在腐蚀性介质接触的金属表面 105 3 影响因素金属的本性 腐蚀介质的浓度和温度 铁在800 1000 时显著氧化 生成的氧化皮 并发生脱碳现象 Fe3C O2 3Fe CO2Fe3C CO2 3Fe 2COFe3C H2O 3Fe CO H2 106 2 电化学腐蚀 1 电化学腐蚀2 腐蚀电池分类 1 宏观电池 2 微观电池 107 1 电化学腐蚀金属的电化学腐蚀的机理与原电池原理相同 称为腐蚀电池 习惯上把腐蚀电池的负极 失电子的电极 称为阳极 把正极 得电子的电极 称为阴极 108 1 宏观电池 有独立的两极 可用肉眼分辨出正 负极 例如铝板上铆铜钉就会形成宏观电池 109 2 微观电池 微观电池无明显分立的两极 肉眼不能分辨 特点 A 形成的微电池数目 电极多 两极间的距离近 B 腐蚀速率很快 腐蚀程度严重 分类 根据在阴极上获得电子的物质的不同分成A 析氢腐蚀B 吸氧腐蚀C 差异充气腐蚀 110 A 析氢腐蚀 腐蚀过程中的阴极上有氢气析出的腐蚀 阴极2H 2e H2阳极M ne Mn 111 B 吸氧腐蚀 阴极O2 2H2O 4e4OH 阳极M neMn 112 差异充气腐蚀 金属吸氧腐蚀的一种形式 它是由于在金属表面氧气分布不均匀而引起的 半浸在海水中的金属 在金属浸入面处 因氧的扩散途径短 故氧的浓度高 而在水的内部 氧的扩散途径长 氧的浓度低 113 根据电极反应 O2 2H2O 4e4OH 氧气的分压对电极电势的影响为 在氧气的分