第七章---电化学与金属腐蚀.ppt

1、电化学与金属腐蚀，第7章，本章的学习要求，(3)了解电解槽中电解产品的一般规律，并阐明电化学腐蚀的原理及其预防。(1)了解一次电池的组成、半反应式和电极电位的概念。电极电势和原电池电动势可以用能斯特方程计算。(2)熟悉浓度对电极电位的影响及其应用：能够比较氧化剂和还原剂的相对强度，判断氧化还原反应的方向和程度。目录，7.1原电池，7.3电极电位在化学中的应用，7.4化学电源，7.5电解，7.6金属腐蚀与防护，7.2电极电位，电化学：主要研究电能和化学能之间的相互转化以及转化过程中的相关现象。原电池：通过自发氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。即系统对环境所做的总的非体积功小于或等于系统的吉布

2、斯函数的减少。在反应过程中，系统对环境能做的最大非体积功是：7.1.1一次电池中的化学反应，1。一次电池的组成和反应，观看动画，电极名称为：锌负极，铜正极，电池反应为Cu2 ZnZn2铜。正电极反应：Cu2E-Cu，电位： Zn低，Cu高，负电极反应：Zn-2e- Zn2，图形表达式：规则：(1)左侧氧化规则-在左侧写下发生氧化反应的半电池，(2)“|”表示两相之间的界面，(3)电极类型(1)电极类型：将吸附有某种气体的某种金属或惰性金属置于含有元素离子的溶液中。金属-金属离子电极，Zn2 (c) | Zn，电极反应为：气体离子电极，这需要惰性电极材料(一般为铂、石墨)来承担传输电子的任务。例

3、如氢电极反应：氯电极反应：(2)第二种电极，金属不溶性盐电极，在金属上覆盖一层金属的不溶性盐，并将其浸入含有对应于不溶性盐的负离子的溶液中。如：电极反应：金属不溶性氧化物电极，如：电极反应为：如：电极反应：(3)第三类电极：惰性导电材料用作电极板，参与电极反应的物质存在于溶液中。例如：电极反应：以及另一个例子：电极反应：3。一些概念，(1)初级细胞由两个半细胞组成；半电池中的反应是半反应，即电极反应。因此，半电池也称为电极。例如，电池反应铜(s)2Agg(AQ)=Cu2(AQ)2Agg(s)，铜：铜(s)=Cu2 (aq) 2e-，阳极上银：2Agg(AQ)2e-=2Agg(s)的还原反应，为

4、自发电池反应，对于其中的任何一部分，称为原电池半反应式。(2)半反应(电极反应)涉及同一元素的氧化态和还原态：从反应式中可以看出，在每个电极反应中有两种物质：一种是可以作为还原剂的物质，在半反应中称为被还原物质，如锌、铜、银等；另一类是可用作氧化剂的物质，称为氧化物质，如Zn2、Cu2、银等。在公式中，n是在书写电极反应中获得和损失电子的物质的量，每单位物质的电子电荷是：(3)氧化和相应的还原物质可以用来形成电对，通常称为氧化还原电对，用符号“氧化/还原态”表示。例如，铜锌一次电池中两个半电池的电对可以分别表示为Zn2 /Zn和Cu2 /Cu。另一个例子是：f3/Fe2、O2/oh-、hg2c

5、l2/Hg、MnO4-/Mn2等。一般来说，只有处于氧化和还原状态的物质用化学式表示，但电极溶液的组成通常不表示。，7.1.2一次电池的热力学，1。电池的反应和电动势之间的关系如果所有的化学能都转化为电能而没有其他能量损失，在等温和等压条件下反应的吉布斯函数等于一次电池对环境能做的最大电能。也就是说，假设一次电池的电动势为：如果在1摩尔电池反应过程中，有n摩尔电子(q=nF)通过电路，则系统对环境所做的功为，负号表示系统对环境所做的功，那么，在热力学标准配置下，上述公式称为电动势的能斯特公式(能斯特公式表示构成原电池的各种物质的浓度(对于气态物质，用分压代替浓度)、原电池温度和原电池电动势之间

6、的关系。注：原电池电动势值与电池反应测量公式的书写无关(已被N值抵消)。电池反应的标准平衡常数与标准电动势之间的关系可以从7.2电极电位、7.2.1电极电位的产生、双电层电极电位理论和双电层金属电离倾向的概念得到；金属离子沉积倾向于M(金属)Mn (aq) ne- Mn (aq) ne- M(金属)，M活性：溶解，M非活性：溶解，两个电极具有不同的值，并且不同的是电池的电动势e。E=(正极)-(负极)，目前很难确定电极电位的绝对值。在实际应用中，我们只需要知道相对值，而不需要调查它们的绝对值。电极电位：由于双电层的作用，金属与其盐溶液之间的电位差称为金属的平衡电极电位。用表示。指标准电极的电位

7、。所有符合标准配置条件的电极都是标准电极。所有气体的分压为10万帕，溶液中所有物质的活度为1摩尔公斤-1。在100K帕的条件下，所有纯液体和固体都是最稳定或最常见的形式。1.标准电极电位，-7 . 2 . 2标准电极电位，标准氢电极，标准氢电极3360将涂有松散铂黑的铂片插入A(h)=298.15K，连续引入p(H2)=100kPa的纯氢流，铂黑能容易吸附氢达到饱和，同时能催化电化学反应，使氢在溶液中迅速与H达到平衡。它的可逆程度很高，所以用这种方法组成的电极称为标准氢电极。在右上角加上 表示“标准”，括号中的对“氢/H2”表示“氢电极”。未知测量在标准氢电极和待测电极形成一个原电池后，测量电

8、池反应的电动势。标准氢电极| |待测电极，综述和介绍，7.1.1化学反应，氧化反应，还原反应，(-)，()，电池图，氧化还原对，Zn2 /Zn，Cu2 /Cu，氧化态/还原态，7.1 2。电动势的能斯特方程，对于任何电池反应：3，电池反应的标准平衡常数和标准电动势之间的关系，m活性：溶解和沉积，m非活性：沉积和溶解，7.2电极电位，7.2.1电极电位的产生，未知测定：标准氢电极和待测电极形成一次电池后，对于由标准锌电极和标准氢电极组成的电化学电池，电池表达式为： 电池的电动势是0.763伏，这从电子流动方向是已知的，标准氢电极是正电极，即：7.2.2，并且标准电极电势的测量表明，上面讨论的电极

9、电势在电对的氧化和还原物质之间处于可逆平衡状态，并且在整个原始状态下，该电极电势被称为可逆电势或平衡电势。 参比电极*使用标准氢电极不方便，所以甘汞电极或氯化银电极容易制备，使用方便例如，右边的甘汞电极：PtHg(l)Hg2Cl2(s)Cl-(aq)，它属于第二类电极，与电极反应为：Hg2Cl 2(s)2e-2Hg(L)2Cl 2-(AQ)，标准甘汞电极为3360，C(Cl-)=C(Cl-)=2.8molL-1(KCl饱和溶液)，=0.2415 V，根据上述方法，要测定一系列电极的标准电极电位在书的最后，附录10列出了一些氧化还原对在298.15千的标准态活度(a=1，压力p=100千帕)下的

10、标准电极电位，这些电位按照代数值从小到大的顺序从上到下排列。(2)表中的电对按代数值从小到大的顺序排列。(1)表中的半反应都表示为还原过程：氧化态ne b还原态；(3)对于同一对，氧化态越强，还原态越弱，反之亦然。(4)电对的还原态可以还原电对下任何电对的氧化态。这是可以从表格中获得的最重要的信息之一。附例：在标准配置条件下，计算由以下反应Pb2 (aq) Sn(s) Sn2 (aq) Pb(s)组成的原电池的电动势。解：=(0.13伏)(0.14伏)=0.01伏，查表得到：(6)查标准电极电位数据时，注意电对的具体存在形式、状态和介质条件。(7)、处于标准状态时，物质在水溶液中的行为，为高温

11、非标准配置，非水系统(如熔盐、液氨系统等。)或高浓度系统不适用。在实际系统中，不可能所有物质都处于标准配置浓度。在非标准配置条件下，电极电位不仅与电极性质有关，还与溶液中离子的温度、浓度和分压有关。能斯特方程表示温度和浓度对电动势(包括电池电动势和电极电势)的影响。7.2.3电极电势的能斯特方程，它表明浓度对电极电势的影响具有类似于浓度对电池电动势的影响的形式。对于任何给定的电极，电极反应的通式是A(氧化态)ne- b(还原态)。离子浓度对电极电位的影响可以从热力学推导出如下公式：当T=298.15K时，上述公式称为电极电位的能斯特方程。注意，在能斯特方程中，n是在半反应中获得和失去电子的物质

12、的数量。配方中没有标明纯液体和固体。氧化态和还原态的相对浓度由半反应中每种物质的化学计量数表示；例如，o2h2o4e-4oh-，能斯特方程表示为：思考：同一种金属及其盐溶液能形成一次电池吗？例如，取两根铜棒，将一根插入装有0.1摩尔DM-3硫酸铜溶液的烧杯中，另一根插入装有1摩尔DM-3硫酸铜溶液的烧杯中。外部电路通过导线连接，内部电路通过盐桥连接，从而形成一个原电池。电极反应：电池符号：浓缩电池，练习1:写出电对和电极电位的能斯特方程：显然，当介质的酸碱度不同时，会影响其电极电位值。P169案例4.2，练习2，计算298.15K，h，h，溶液：查找表：计算结果表明氧化或还原物质浓度的变化对电

13、极电位有影响，但在正常条件下影响不大。当OH-浓度为0.100毫摩尔-3时，计算O2/OH-对的电极电位(O2/OH-)。p(O2)=101.325千帕，T=298.15K千.解决方案：从附录10中，可以发现O2/OH-对的标准电极电位为：(O2/OH -)=0.401V，当c(OH-)=0.100毫摩尔-3时，其电极电位为=0.460V。练习3，对于由一些含氧物质组成的氧化还原对，由于氧化，实施例4.3:计算重铬酸钾溶液中(Cr2O72-/Cr3)的值，当pH=5.00时，c(Cr2O 72-)=c(Cr2O 72)溶液：半反应式为：Cr2O72- 14H 6e-=2Cr3 7H2O能斯特方

14、程为：计算结果表明介质的酸碱度对电致发光有很大影响，7.3电动势和电极电位在化学中的应用，对于任何原电池反应：电池电动势：对于任何电极反应：其电极电位为：7.3.1与氧化剂和还原剂的相对强度相比，代数值大的氧化物质为强氧化剂；代数值小的还原性物质是一种强还原剂。对于任何电极反应，代数越大，获得氧化态电子的能力越强，失去还原态电子的能力越弱。氧化态是较强的氧化剂，还原态是较弱的还原剂。当电极处于标准状态时，可以根据标准电极电位的相对大小来判断氧化态的相对强度；被还原物质的相对还原强度。在标准条件下，下列三种电极中，哪种物质是最强的氧化剂？如果四氧化二锰/二氧化锰电极被改变为酸碱度=5.00，相对

15、氧化顺序将如何变化？众所周知，(MnO4-/Mn2)=1.507V(Br2/Br-)=1.066V(I2/I-)=0.5355V，也就是说，当高锰酸钾溶液的酸度减弱至pH5.00时，氧化强度的顺序变为Br2mO 4-I2，溶液为：(1)在标准中，相对值的顺序为：(MnO4-/Mn2) (Br2/Br-) (I2/I-)，因此MnO 4-是最强的氧化剂，而I 电极电位的相对顺序为：(2)酸碱度，(Br2/Br-) (MnO4-/Mn2) (I2/I-)，7.3.2氧化还原反应方向的判断，即当作为氧化剂电对的电极电位值大于作为还原剂电对的电极电位值时，可以满足自发反应的条件。 因此，反应方向可以通过电动势E或电极电势来判断：E 0，即G 0反应，是正向非自发的(反向过程可以是自发的)，强氧化剂(1)强还原剂(2)弱还原剂(1)弱氧化剂(2)，rGm=-nFE，并且在实施例4.5中，当c(H)为1.00105毫摩尔-3(2mn 2 5Cl 2 8H2O 2mNo4-16H 10Cl-)时，尝试判断溶液中以下反应的方向每