氧化还原反应与电化学ppt课件

1、第三节第三节 电解与金属腐蚀、防护电解与金属腐蚀、防护2. 分解电压分解电压 (E分分)例：例：Pt为电极电解为电极电解 0.1molL-1的的NaOH溶液溶液阳极阳极 4OH(aq) = O2 (g) + 2H2O (l) + 4e阴极阴极2H+ (aq) + 2e = H2 (g)(-)Pt, H2 (p)|H+(110-13 molL-1) |OH- (0.1 molL-1)|O2 (p), Pt(+)内部电池内部电池反电池反电池 O2/OH- = 0.401 + (0.059/4)lg1/(0.1)4 = 0.46 V H+/H2 = 0 + (0.059/2)lg(10-13)2/1

2、 = - 0.77 VE反反 = 正正 - 负负 = 0.46 (-0.77) = 1.23 V电解水时电解电流电解水时电解电流随外加电压的变化随外加电压的变化E理理 =1.23 VE实实 =1.7 V1.7 V(1) 实际分解电压实际分解电压(E分分(理理) 抑制实际反电动势所需电压抑制实际反电动势所需电压(2) 实践分解电压实践分解电压(E分分(实实) 使电解反响得以顺利进展所需最低电压使电解反响得以顺利进展所需最低电压(3) 超电压超电压 (E超超) E超超 = E分分(实实) E分分(理理)3. 极化与超电势极化与超电势(1) 极化极化 极化：析出电势偏离平衡电势的景象极化：析出电势偏

3、离平衡电势的景象 超电势超电势 ()：偏离的部分：偏离的部分(2) 极化产生的缘由极化产生的缘由 浓差极化浓差极化 由于电极外表附近和溶液深处的离子浓度差别引由于电极外表附近和溶液深处的离子浓度差别引起的极化起的极化 (次要要素次要要素) 结果：结果： 阴阴 , 阳阳 , 进而进而 E反反 由于电化学反响阻力引起的极化由于电化学反响阻力引起的极化 (主要要素主要要素) 电化学极化电化学极化结果：结果： 阴阴 , 阳阳 , 进而进而 E反反结果：结果： 阴阴 , 阳阳 , 进而进而 E反反以以H+放电为例：放电为例：H+(本体溶液本体溶液 H+电极外表电极外表H+电极外表电极外表+e H (并吸

4、附在电极外表上并吸附在电极外表上H H2 (吸附在电极上的氢分子吸附在电极上的氢分子 H2 H2g)(构成氢气分开电极外表构成氢气分开电极外表(3) 超电势超电势 ()金属析出的超电势较小，气体较大。金属析出的超电势较小，气体较大。 电解池：极化使电解池：极化使 E反反 原电池：极化使原电池：极化使 E 阳极超电势阳极超电势 (阳阳) 阳阳(析析) = 阳阳(平平) + 阳阳 阴极超电势阴极超电势 (阴阴) 阴阴(析析) = 阴阴(平平) 阴阴4. 电解产物的判别规律电解产物的判别规律(1) 原那么：原那么： 阴极阴极 复原反响复原反响 析出电势较高的氧化态物析出电势较高的氧化态物质质 阳极阳

5、极 氧化反响氧化反响 析出电势较低的复原态物析出电势较低的复原态物质质 阳阳 小小 还还 同窗！同窗！ 对象：溶质、溶剂、电极等对象：溶质、溶剂、电极等(2) 放电普通规律放电普通规律电极电极阴阴 极极 (复原复原)阳阳 极极 (氧化氧化)反响物质反响物质金属离子或金属离子或 H+离子离子 金属或负离子金属或负离子 1. 电极电势大于电极电势大于Al的的金属离子放电，析出相金属离子放电，析出相应金属应金属; 2. 电极电势小于等于电极电势小于等于Al的金属离子不的金属离子不放电放电,放电的是放电的是H+离离子子,得到得到H2。 1. 除除Pt、Au外，外，金属做阳极时，金属失电金属做阳极时，金

6、属失电子发生溶解子发生溶解 2. 惰性电极简单负离子惰性电极简单负离子如如S2- 、 I- 、Br-、 Cl-等等放电得到相应单质放电得到相应单质 3. 复杂负离子时不能放复杂负离子时不能放电电,是是OH-放电放电,得到得到O2电电 解解 产产 物物 用石墨做电极电解用石墨做电极电解CuCl2溶液溶液 阳极反响阳极反响: 阴极反响阴极反响:2Cl- = Cl2 + 2e Cu2+ 2e = Cu 用石墨做电极电解用石墨做电极电解Na2SO4溶液溶液 阳极反响阳极反响: 阴极反响阴极反响:4OH = 2H2O + O2+ 4e2H+ + 2e = H2用金属镍做电极电解用金属镍做电极电解NiSO

7、4溶液溶液 阳极反响阳极反响: 阴极反响阴极反响:Ni = Ni2+ + 2e Ni2+ + 2e = Ni电镀原理电镀原理5. 电解的运用电解的运用(1) 电镀电镀(2) 电抛光电抛光(3) 电解加工电解加工(4) 阳极氧化阳极氧化金属做阳极，发生溶解金属做阳极，发生溶解(1) 电镀电镀電解拋光機制表示圖l金属制品为阳极，金属钝化与金属溶解交替进展金属制品为阳极，金属钝化与金属溶解交替进展l金属外表上凸起部分钝化的稳定性低于凹陷部分，溶金属外表上凸起部分钝化的稳定性低于凹陷部分，溶解速率较高，对金属制品外表起整平与出光的作用解速率较高，对金属制品外表起整平与出光的作用l不同金属电抛光需求特定

8、成分的电解液中和工艺条件不同金属电抛光需求特定成分的电解液中和工艺条件l电抛光实际依然是不够成熟的。电抛光实际依然是不够成熟的。(3) 电解加工电解加工基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定外形和基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定外形和尺寸加工成型的一种工艺方法，称为电解加工。尺寸加工成型的一种工艺方法，称为电解加工。阴极阴极阳极阳极加工前加工前阴极阴极阳极阳极加工后加工后随着工具相对工件不断跟进，工件金属不断被电解，电解产物随着工具相对工件不断跟进，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件外表不断被电解液

9、冲走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件外表构成与工具任务面根本类似的外形。构成与工具任务面根本类似的外形。对于难加工资料、外形复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。对于难加工资料、外形复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。炮管膛线，叶片，整体叶轮，模具，异型孔及异型零件，倒角炮管膛线，叶片，整体叶轮，模具，异型孔及异型零件，倒角和去毛刺等加工。和去毛刺等加工。 铅板作阴极，金属为阳极，构成一层氧化膜。铅板作阴极，金属为阳极，构成一层氧化膜。运用最广的是铝和铝合金的阳极氧化运用最广的是铝和铝合金的阳极氧化 阳极反响：阳极反响： 2Al + 6OH = Al 2O3 + 6e + 3H2O (主主) 4

10、OH = 2H2O + 4e + O2 (次次) 阴极反响：阴极反响： 2H+ + 2e = H2运用：建筑资料，太阳能集热安装，仪表外壳，装饰运用：建筑资料，太阳能集热安装，仪表外壳，装饰品及工艺品等。品及工艺品等。三、金属腐蚀与防护三、金属腐蚀与防护金属的腐蚀：在运用过程中，由于受周围环境的影响，金属的腐蚀：在运用过程中，由于受周围环境的影响，发生化学或电化学作用，而引起金属资料损坏的景象发生化学或电化学作用，而引起金属资料损坏的景象兴隆国家每年因金属腐蚀而呵斥的经济损失约占其国民消费兴隆国家每年因金属腐蚀而呵斥的经济损失约占其国民消费总值总值3.53.54.24.2，超越每年各项大灾火灾

11、、风灾及地震，超越每年各项大灾火灾、风灾及地震等损失的总和。等损失的总和。在中国在中国, ,由于金属腐蚀呵斥的经济损失每年高达由于金属腐蚀呵斥的经济损失每年高达300300亿元以上亿元以上, ,占国民消费总值的占国民消费总值的4%4%。1. 金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀金属资料与枯燥气体或非电解质反响而引起的破坏金属资料与枯燥气体或非电解质反响而引起的破坏 (1) 钢铁的高温氧化钢铁的高温氧化(2) 钢的脱碳钢的脱碳 (3) 氢脆氢脆(4) 高温硫化高温硫化(5) 铸铁的肿胀铸铁的肿胀 2. 电化学腐蚀电化学腐蚀 由于电化学作用所引起的腐蚀由于电化学作用所引起的腐蚀 (构成腐蚀电构成腐蚀电池池

12、)Fe Fe2+ (aq) + 2 e2 H+ (aq) + 2 e H2阳极阳极阴极阴极Fe Fe2+ (aq) + 2eO2 + 2H2O (l) + 4e 4OHFe2+OH-O2- H2OFe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3(1) 析氢腐蚀析氢腐蚀 (酸性介质酸性介质)阳极阳极 阴极阴极(2) 吸氧腐蚀吸氧腐蚀(3) 差别充气腐蚀差别充气腐蚀是由于水中不同深度氧的浓度差别呵斥的是由于水中不同深度氧的浓度差别呵斥的a 氧分压大，为阴极。氧分压大，为阴极。b 氧分压小，为阳极。氧分压小，为阳极。上段生锈，下段蚀坑。上段生锈，下段蚀坑。3. 防护措施防护措施(1) 合金化法合金化法制成合金

13、，增大极化，提高耐腐蚀性制成合金，增大极化，提高耐腐蚀性 (2) 维护层法维护层法 电镀金属维护膜电镀金属维护膜 、非金属资料涂层、非金属资料涂层 (3) 缓蚀剂法缓蚀剂法 在腐蚀介质中参与少量能减小腐蚀速率的物质来在腐蚀介质中参与少量能减小腐蚀速率的物质来防止腐蚀的方法防止腐蚀的方法 (4) 电化学维护法电化学维护法 (4) 电化学维护法电化学维护法 阴极维护法阴极维护法 牺牲阳极法牺牲阳极法 被维护的金属被维护的金属 腐蚀电池的阴极腐蚀电池的阴极 外加的活泼金属外加的活泼金属 腐蚀电池的阳极腐蚀电池的阳极 (1-5%)(1-5%) 外加电流法外加电流法 被维护金属被维护金属 电解池阴极电解池阴极 ( (连电源负连电源负极极) ) 外加电极外加电极 电解池阳极电解池阳极 ( (连电源正连电源正极极) )小小 结结本质本质氧化数的变化氧化数的变化得失电子得失电子直接接触进展直接接触进展吸放热吸放热电化学电化学中心中心电极电势电极电势平衡电势平衡电势 氧化复原反响氧化复原反响分开进展分开进展析出电势析出电势析析 超电势超电势组成、构造、符号表示组成、构造、符号表示电极反响电极反响电池反响电池反响E 0自发自发反响反响产生产生双电层平衡双电层平衡定标定标 规范氢电极规范氢电极 表表电极电极, ,温度不讨论温度不讨论浓度浓度 Nern