腐蚀原电池与电位-pH图

1、腐蚀原电池腐 蚀动力学基础 要点回顾电极电位与电化学位 电极电位电极电位：金属金属浸于电解质溶电解质溶中时，在金属的表面与溶液间产生 的电位差 金属离子在不同相内的电化学位电化学位不同 电化学位电化学位（类似于化学势）（类似于化学势）： 1 mol带正电荷的金属离子进入某 物相时引起的体系吉布斯自由能的变化与其所做的电功之和 要点回顾电极电位的测量与计算 标准电极电位标准电极电位：在室温下（298.15 K），当待测电极的所有反应 物质活度为1时，待测电极相对于标准氢电极的电位差值待测电极相对于标准氢电极的电位差值，在数 值上会等于该待测电极与标准氢电极组成的电池的电动势该待测电极与标准氢电极

2、组成的电池的电动势。 计算方法计算方法： 能斯特 方程式 标准电标准电 极电位极电位 实际状态下实际状态下 的电极电位的电极电位 R：摩尔气体常数 T：温度，开尔文温度 F：法拉第常数 a：活度 要点回顾要点回顾电化学腐蚀倾向判断电化学腐蚀倾向判断 判据:当金属的电极电位更低时才会发生腐蚀（金属为腐蚀阳极，即负极） 金属自发腐蚀 平衡状态 金属不会自发腐蚀 铜在无氧酸无氧酸和含氧酸含氧酸中的腐蚀情况 负极反应负极反应： 正极反应正极反应： 因为 ，所以铜在无氧酸中不会自发腐蚀所以铜在无氧酸中不会自发腐蚀 因为所以铜在含氧酸中会自发腐蚀所以铜在含氧酸中会自发腐蚀 一般情况下可以一般情况下可以 直

3、接用标准电极直接用标准电极 电位进行判断电位进行判断 原电池 定义：将化学能直接 转变成电能的装置 原理：由于两个电极 体系之间的电极电位 不一样，从而产生电 势差，使电子流动产 生电流。 组成四要素：阳极、 阴极、电解质溶液、 传输电子的导体传输电子的导体 腐蚀电池 定义：只是导致金属材料破坏而不能对外界作有用功的短路原电池 HCl溶液 ZnCu K ZnCu HCl溶液 CuCuCu Zn和和Cu通过通过 导线连接导线连接 Zn和和Cu直接直接 接触接触(短路短路) Cu作为杂质分作为杂质分 布在布在Zn的表面的表面 极端模式极端模式 原电池中的金属(阳极)是否发生了腐蚀？ 是 腐蚀电池是

4、否应具备组成四要素？是 ZnCu HCl溶液 Zn和和Cu直接直接 接触接触(短路短路) 原电池与腐蚀原电池中金属发生腐蚀 的必要条件：溶液中存在可以使金属 发生氧化反应的物质，且这种物质相 应的电极电位必须高于金属的电极电 位 例如在左边的腐蚀电池中： 所以Zn被盐酸腐蚀 HCl溶液 ZnCu 无无 氧氧 腐蚀？ Zn？Cu？ Zn发生腐蚀发生腐蚀 Cu不会发生腐蚀不会发生腐蚀 化学化学 腐蚀腐蚀 化学腐蚀和电化学腐蚀的区别 化学腐蚀：发生氧化还原的物质直接接 触，电子转移直接在氧化剂和还原剂之 间进行，即氧化还原不可分，没有电极 反应，只能写成常规化学反应式。 Zn+2HCl=ZnCl2+

5、H2 电化学腐蚀：腐蚀电池四个部分同时存 在，使得阴极过程和阳极过程可以在不 同区域内同时进行，通常写成电极反应 式的形式 阳极：Zn 2e = Zn2+ 阴极：2H+2e = H2 HCl溶液 ZnCu ZnCu HCl溶液 腐蚀电池的腐蚀过程 阳极反应：Fe 2e = Fe2+（Fe溶解） 阴极过程：2H+2e = H2 Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 FeCu HCl溶液 渗碳体渗碳体 铁铁 阳极反应：2Fe 4e = 2Fe2+ 阴极过程： O2 + 2H2O + 4e = 4OH- 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 钢铁在潮钢铁在潮 湿的空气湿的空气 电

6、子的传输过程电子的传输过程 离子的转移过程离子的转移过程 金属产生腐蚀电池的原因 金属方面金属方面 环境方面环境方面 成分不均匀 金属离子浓度差异 组织结构不均匀 氧含量的差异 表面状态不均匀 温度差异 应力和形变不均匀 热处理差异 腐蚀电池形成原因举例 (a)不同金属组合 (b)金属中含杂项 表面状态不同 （d）应力及形变差异 （e）氧浓度差异 （f）金属离子浓度差异 渗碳体 铝 钢 铁 新管道新管道 应力集中 砂土 粘土 铜 铜 表面状态不同缝内Cu2+ 浓度比缝外高 腐蚀电池的种类 宏观电池：指阳极区和阴极区 的尺寸较大，区分明显，肉眼 可辩。 微观电池：指阳极区和阴极区 尺寸较小，肉眼

7、不可分辨。 FeCu HCl溶液 渗碳体渗碳体 铁铁 钢铁在潮钢铁在潮 湿的空气湿的空气 宏观电池分类 Daniel电池电池：不同金属与其对应电解质溶液组成 电偶电池电偶电池：不同金属与同一种电解质溶液组成 浓差电池浓差电池：由于电解质溶液浓度不同造成电极电位不同 而形成的 温差电池温差电池：由于浸入电解质溶液的金属的各个部分处于 温度不同的环境造成的电极电位不同引起的 DanielDaniel电池电池 电偶电池电偶电池 浓差电池浓差电池 温差电池温差电池 自制太阳能电池自制太阳能电池 微观电池分类 由金属表面化学成分不均引起 由金属组织结构不均引起 由金属表面物理状态不均引起 由金属表面膜不

8、完整引起 由金属表面化学成分不均引起 晶间腐蚀 应 力 腐 蚀 由表面薄膜破损引起的腐蚀 Zn2+（aq） Zn（s） Zn（OH）2 HZnO21-ZnO22- pH 电位电位-pH图及其应用图及其应用 定义：以电位为纵坐标、pH为横坐标描绘腐蚀电池体系中 各种反应的平衡条件图 20世纪40年代末，比利时人普巴(MPourbaix)所创 电位-pH图的三种形式 pH pH pH 化学反应化学反应 与酸度无关与酸度无关 与酸度有关与酸度有关的电极反应的电极反应 氢电极与氧电极的电位-pH图 pH 0 1.2 0 14 氢电极氢电极 氧电极氧电极 pH 0 1.2 014 H2稳定区稳定区 O2

9、稳定区稳定区 H2O稳定区稳定区 当体系中的阳当体系中的阳 极电位落在极电位落在H H2 2 稳定区稳定区时，将时，将 有可能还原水有可能还原水 中的氢而释放中的氢而释放 出出H H2 2 当体系中的阴当体系中的阴 极电位落在极电位落在O2 稳定区稳定区时，将时，将 有可能氧化水有可能氧化水 中的氧而释放中的氧而释放 出出O2 铜在有氧酸中时 由于电位落在此 处区域，低于氧低于氧 的平衡电位的平衡电位，因 此将还原O2为为 H2O pH 0 1.2 014 H2稳定区稳定区 O2稳定区稳定区 H2O稳定区稳定区 在氧化还原反应中，电极 电位高的氧化态和电极电 位低的还原态可以发生反 应 2H2 + O2 = 2H2O 电位-pH图的绘制 列出体系中所有可能存在的物质 写出各有关物质之间发生的反应方程式 写出各反应的平衡关系式（能斯特式） *能斯特式中出现的