普通化學(xué)教學(xué) 電化學(xué)與金屬腐蝕

1、編輯ppt第四章、電化學(xué)與金屬腐蝕 電極電勢(shì)的概念以及理解 能斯特方程及其應(yīng)用 電動(dòng)勢(shì)與rG之間的關(guān)系 電極電勢(shì)的應(yīng)用 元素電勢(shì)圖及其應(yīng)用 了解電解池中電解產(chǎn)物一般規(guī)律，明確電化學(xué)腐蝕及其防止的原理。編輯ppt氧化還原反應(yīng)的概念 化學(xué)反應(yīng)可分為兩大類(lèi)： 一類(lèi)是在反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物之間沒(méi)有電子的轉(zhuǎn)移，如中和反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、配位反應(yīng)等； 另一類(lèi)，反應(yīng)物之間發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移，這一類(lèi)就是氧化還原反應(yīng)。 編輯ppt氧化還原反應(yīng)的概念 氧化還原的表象：化合價(jià)的升降 氧化還原的本質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移，即電子的得失或者偏移 Zn + Cu2+Zn2+ + Cu （電子的得失） H2 + Cl2 =2HCl （電子的

2、偏移） 編輯ppt氧化還原反應(yīng)方程式的配平 氧化還原反應(yīng)方程式的配平常用的兩種方法：氧化數(shù)法和離子電子法。 氧化數(shù)法：簡(jiǎn)便，中學(xué)所學(xué) 離子電子法：可以更清楚地反映水溶液中氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，需要掌握編輯ppt離子電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式 1、定義：任何氧化還原反應(yīng)都可以看作由兩個(gè)半反應(yīng)組成，一個(gè)半反應(yīng)代表氧化，另一個(gè)代表還原。例如：鈉與氯直接化合生成NaCl的反應(yīng)的兩個(gè)半反應(yīng)為： 氧化半反應(yīng) 2Na - 2e- 2Na+ 還原半反應(yīng) Cl2 + 2e- 2Cl- 2、規(guī)則： 電荷守恒：反應(yīng)過(guò)程中氧化劑所得的電子數(shù)必須等于還原劑失去的電子數(shù)。 質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素的原子總數(shù)相等。 編輯p

3、pt氧化反應(yīng)： H2C2O4 CO2還原反應(yīng)： MnO4- Mn2+(2)把方程式分成兩個(gè)半反應(yīng)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。配平步驟：(1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫(xiě)出主要產(chǎn)物，以離子方程式表示。離子電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式編輯ppt離子電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式（3）配平兩個(gè)半反應(yīng)： 氧化反應(yīng)：H2C2O4 2CO2 2H+ 還原反應(yīng)： MnO4- + 8H+ Mn2+ + 4H2O （4）配平兩個(gè)半反應(yīng)的電荷數(shù)。 氧化反應(yīng)：H2C2O4 CO2 2H+ + 2e- 還原反應(yīng)：MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O編輯ppt離子電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式（5）兩離子電子式各乘以

4、適當(dāng)系數(shù)，使得失電子數(shù)相等，將兩式相加，消去電子，必要時(shí)消去重復(fù)項(xiàng)，即得到配平的離子方程式： 2 (MnO4- + 8H+ +5e- Mn2+ 4H2O) +) 5 (H2C2O4 2CO2 2H+ 2e-) 2MnO4- + 6H+ + 5H2C2O4 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O編輯ppt離子電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式 配平步驟： 用離子式寫(xiě)出主要反應(yīng)物和產(chǎn)物。 分別寫(xiě)出氧化劑被還原和還原劑被氧化的半反應(yīng)。 分別配平兩個(gè)半反應(yīng)方程式，等號(hào)兩邊的各種元素的原子總數(shù)各自相等且電荷數(shù)相等。 確定兩半反應(yīng)方程式得、失電子數(shù)目的最小公倍數(shù)。 23Cl (g)NaOH(aq)NaCl(a

5、q) NaClO (aq)編輯ppt原電池 沒(méi)有鹽橋： Zn（s）+ Cu2+（aq）= Zn2+（aq）+ Cu（s） 這是一個(gè)可自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，由于氧化劑與還原劑直接接觸，電子直接從還原劑轉(zhuǎn)移到氧化劑，無(wú)法產(chǎn)生電流。 編輯ppt原電池 鹽橋存在：編輯ppt原電池 原電池：由兩個(gè)電極浸在相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中，再用鹽橋連接兩溶液而構(gòu)成的裝置。電極：在原電池中，組成原電池的導(dǎo)體(如銅片和鋅片)稱(chēng)為電極。 電子流出的電極稱(chēng)為負(fù)極,負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)（失去電子）; 電子進(jìn)入的電極稱(chēng)為正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)（得到電子）。編輯ppt原電池 Cu-Zn原電池的表示符號(hào)： （一）Zn ZnSO4（c

6、l） CuSO4（c2） Cu（） A把負(fù)極（-）寫(xiě)在左邊，正極（）寫(xiě)在右邊。 B“ ”表示金屬和溶液兩相之間的界面，“”表示鹽橋 Cc表示溶液的濃度，當(dāng)溶液濃度為1molL1時(shí)，可不寫(xiě)。 D應(yīng)注明溶液的濃度、氣體的壓力、反應(yīng)的溫度。如不注明則為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即濃度為1mol/L, 壓力為100kPa、溫度為25。編輯ppt原電池氧化還原電對(duì)：由同一種元素的氧化態(tài)物質(zhì)和其對(duì)應(yīng)的還原態(tài)物質(zhì)所構(gòu)成的整體。常用符號(hào)氧化態(tài)還原態(tài)來(lái)表示，如氧化還原電對(duì)可寫(xiě)成 Cu2+Cu、Zn2+Zn、 Cl2/Cl-、Cr2O72-Cr3+、H+/H2。編輯ppt 電 極 類(lèi) 型 電 對(duì) 電 極 符 號(hào)Me-Men+電極

7、 Zn2+/Zn Zn Zn2+ A-An-電 極 Cl2/Cl- Cl- Cl2 Pt氧化還原電極 Fe3+/Fe2+ Fe2+,Fe3+ PtMe-難溶鹽電極 AgCl/Ag Ag AgCl Cl-四類(lèi)常見(jiàn)電極四類(lèi)常見(jiàn)電極原電池編輯ppt原電池 電極反應(yīng)：表示氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系式。電極反應(yīng)包括參加反應(yīng)的所有物質(zhì)，不僅僅是有氧化數(shù)變化的物質(zhì)。 如電對(duì)Cr2O72-Cr3+ ，對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)為： Cr2O72- 6e- 14H+ 2Cr3+ 7H2O。 任一自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以組成一個(gè)原電池。 例：將下列反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池并以原電池符號(hào)表示113212L2.0mol2C

8、lL0.1mol2Fe 101325PaClL1.0mol2Fe 編輯ppt )(Pt | 101325PaCl L2.0molCl L0.1molFe , L1.0molFe Pt )( 211312)(aqFe e)(aqFe 極 負(fù) )(aq2Cl 2e)g(Cl 極 正 解 322：編輯ppt電極電勢(shì) 氧化還原電對(duì)的電極電勢(shì)：金屬與其鹽溶液接觸界面之間的電勢(shì)差，簡(jiǎn)稱(chēng)為該金屬的電極電勢(shì)（）。 影響電極電勢(shì)的因素： A電極的本性，即金屬的活潑性 B溫度 C介質(zhì)（溶液的酸堿性） D溶液中離子的濃度 將兩種不同電極電勢(shì)的氧化還原電對(duì)以原電池的方式聯(lián)接起來(lái)，兩極之間有一定的電勢(shì)差，會(huì)產(chǎn)生電流。這

9、是原電池之所以會(huì)有電流通過(guò)的原因。編輯ppt電極電勢(shì) 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（）： （1）標(biāo)準(zhǔn)氫電極： Pt H2（100KPa） H+（1molL-1） 編輯ppt電極電勢(shì) 被鉑吸附的H2與溶液中的H+離子鍵建立了如下平衡: H2（g） 2H+ (aq) + 2e- 標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)：在標(biāo)準(zhǔn)氫電極和具有標(biāo)準(zhǔn)濃度的H+離子之間的電極電勢(shì)。 規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)為零， 即 (H+H2) = 0.0000V。編輯ppt電極電勢(shì) 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的測(cè)定 （1）標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的定義：所有的離子濃度都為1mol/L，氣體壓力為100kPa，固體、液體為純物質(zhì)，此時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。 （2）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)用表示。標(biāo)準(zhǔn)

10、電池電動(dòng)勢(shì)用E表示，根據(jù)物理學(xué)可知： E = +- - 標(biāo)準(zhǔn)氫電極待定電極編輯ppt電極電勢(shì) （1）電極電勢(shì)代數(shù)值（）越小，電對(duì)的還原態(tài)物質(zhì)還原能力越強(qiáng)，氧化態(tài)物質(zhì)氧化能力越弱（2）電極電勢(shì)代數(shù)值（）越大，電對(duì)的還原態(tài)物質(zhì)還原能力越弱，氧化態(tài)物質(zhì)氧化能力越強(qiáng)。（3）代數(shù)值是反映物質(zhì)得失電子傾向的大小，它與物質(zhì)的數(shù)量無(wú)關(guān)，電極反應(yīng)式乘以任何常數(shù)，代數(shù)值不變。代數(shù)值與半反應(yīng)寫(xiě)法無(wú)關(guān)。（4）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表分為酸表和堿表。 Fe3+ + e- Fe2+ 只能存在于酸性溶中MnO4- + e- MnO42- 只能存在于堿性溶液中編輯pptE與rG之間的關(guān)系 在恒溫恒壓下，反應(yīng)體系吉布斯函數(shù)變的降低值等于

11、體系所能作的最大有用功： rG= Wmax 原電池在恒溫、恒壓條件下，所作的最大有用功即為電功。電功( W電)等于電動(dòng)勢(shì)(E)與通過(guò)的電量(Q)的乘積。 W電 -EQ -E n FrG 一EQ nFE 式中F為法拉第常數(shù)，等于96485Cmol-1，n為電池反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下 rG=- EQ -nFE例：計(jì)算 (-)Ag|Ag+(1molL-1)Cu2+(1molL-1)|Cu(+)的電動(dòng)勢(shì)并判斷反應(yīng)方向。編輯pptAg/AgCu/CuE 2 2負(fù)負(fù)正正解：E = 0.340 - 0.799 = -0.459(V)G = -nFE = -296500(-0.4594) = 88664

12、.2 Jmol-1 = 88.66kJmol-1 2Ag + Cu2+ 2Ag+ + Cu 該反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。編輯ppt能斯特方程 A(氧化型) + ne- A(還原型)R為氣體常數(shù)；F為法拉弟常數(shù)（96485C.mol-1）；T為熱力學(xué)溫度；n為電極反應(yīng)得失的電子數(shù)。(氧化型) 和(還原型)分別表示電極反應(yīng)式中氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)的活度。編輯ppt能斯特方程在溫度為298.15K時(shí)，將各常數(shù)值代入得：（1）稀溶液，=c/c，c-1；低壓氣體，=p/p，p=100kPa；固體或者純液體，=1。（2）組成電對(duì)的物質(zhì)為固體或純液體時(shí)，它們的濃度不列入方程式中。（3）氣體物質(zhì)用相對(duì)壓力p/p表示。（

13、4）電極反應(yīng)中的H+或OH-也應(yīng)根據(jù)反應(yīng)式代入能斯特公式。編輯ppt能斯特方程Zn2+(aq)2e- Zn， (Zn2+/Zn) =（Zn2+/Zn）Br2 (l) 2e- Br- (aq)，(Br2/Br-)=（Br2/Br-） 2H+ (aq ) 2e- H2 (g)，(H+/H2)= （H+/H2）MnO4- + 5e- + 8H+ Mn2+ + 4H2O， )(lg2059. 02Znc)(1lg2059. 02BrcpHpHc/)()(lg2059. 022)Mn( c)H(c )MnO( clg.Mn/MnOMn/MnO 2 28 84 45 50 05 59 92 20 02 2

14、4 42 24 4編輯ppt1. 濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響例：計(jì)算25、c(Zn2+) = 0.001molL-1時(shí)鋅 電極的電極電勢(shì)。解: Zn - 2e- Zn2+ )Zn( clg.Zn/ZnZn/Zn 2 22 20 05 59 92 20 02 22 2)V(.lg.8 85 51 10 00 00 01 10 02 20 05 59 92 20 07 76 62 20 0 編輯ppt2. 酸度對(duì)電極電勢(shì)的影響例：計(jì)算25時(shí)，MnO4-/Mn2+電極在 c(MnO4-) = c(Mn2+)=1mol/L，c(H+)= 10mol/L時(shí) 的電極電勢(shì)。)V.(Mn/MnO5 51 11 12

15、 24 4 解： MnO4- + 5e- + 8H+ Mn2+ +4H2O )Mn( c)H(c )MnO( clg.Mn/MnO 2 28 84 45 50 05 59 92 20 05 51 11 12 24 4)V(60. 1850592. 051. 124Mn/MnO 編輯ppt3. 生成沉淀對(duì)電極電勢(shì)的影響例：計(jì)算25時(shí)，AgI/Ag 的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì). 已知V.Ag/Ag7 79 99 96 60 0 解：電極反應(yīng) AgI + e- I- (1mol/L) + Ag 反應(yīng)實(shí)質(zhì) AgI Ag+ + I- Ag+ + e- Ag 編輯ppt c(I-) c(Ag+) = Ksp c(Ag

16、+) = Kspc(I-) = Ksp(AgI) =1.5610-16)Ag( clg.Ag/AgAg/AgI 0 05 59 92 20 0= 0.7996 +0.0592lg1.5610-1= -0.137(V) Ag/AgCl自算自算: Ag/AgIAg/AgBrAg/AgClAg/Ag 編輯ppt電極電勢(shì)的應(yīng)用 1、比較氧化劑和還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱 小的電對(duì)對(duì)應(yīng)的還原型物質(zhì)還原性強(qiáng)； 大的電對(duì)對(duì)應(yīng)的氧化型物質(zhì)氧化性強(qiáng)。編輯ppt電極電勢(shì)的應(yīng)用 2、計(jì)算原電池的電動(dòng)勢(shì) （1）在組成原電池的兩個(gè)半電池中，電極電勢(shì)代數(shù)值較大的一個(gè)半電池是原電池的正極，代數(shù)值較小的一個(gè)半電池是原電池的負(fù)極。原電池

17、的電動(dòng)勢(shì)等于正極的電極電勢(shì)減去負(fù)極的電極電勢(shì)： E = +- - （2） E = E (RT/nF) lnQ編輯ppt電極電勢(shì)的應(yīng)用 3、判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向 (1)利用氧化還原反應(yīng)的rG或者rG來(lái)進(jìn)行判斷 在氧化還原反應(yīng)組成的原電池中，使反應(yīng)物中的氧化劑電對(duì)作正極，還原劑電對(duì)作負(fù)極，比較兩電極的電極電勢(shì)值的相對(duì)大小即可判斷氧化還原反應(yīng)的方向。 rG=- EQ -nFE E = +- - 0，rG=- EQ -nFE 0，則氧化還原反應(yīng)正向進(jìn)行； E = +- - 0，則氧化還原反應(yīng)逆向進(jìn)行。編輯ppt例：判斷以下反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下及在c(Pb2+) = 0.1molL-1，c(Sn2+)

18、=2molL-1時(shí)的自發(fā) 反應(yīng)方向。 Pb2+ + Sn Pb + Sn2+V.Pb/Pb1 13 30 02 2 V.Sn/Sn1 14 40 02 2 解：已知E = -0.13 -(-0.14 ) = 0.010 (V) 0在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下正反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。編輯pptc(Pb2)=0.1molL-1， c(Sn2)=2 molL-1= -0.13 + 0.0592/2 lg 0.1= -0.16(V)Sn( clg.Sn/SnSn/Sn 2 22 20 05 59 92 20 02 22 2)Pb( clg.Pb/PbPb/Pb 2 22 20 05 59 92 20 02 22 2E = -

19、0.16 - (-0.13) = -0.03 (V) 0。所以Cu+在水溶液中能自發(fā)歧化為Cu2+和Cu。編輯ppt 發(fā)生歧化反應(yīng)的規(guī)律是： 當(dāng)電勢(shì)圖 左 右（M2+ M+ M）中右 左時(shí)，M+容易發(fā)生歧化反應(yīng):2M+ M2+M 反之，當(dāng)左 右時(shí)，M+雖處于中間氧化值，也不能發(fā)生歧化反應(yīng)： M2+M 2M+編輯ppt3、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì) 利用元素電勢(shì)圖，根據(jù)相鄰電對(duì)的已知來(lái)計(jì)算未知電對(duì)的。假如有下列元素電勢(shì)圖： 1 2 A n1 B n2 C 3 n3將這三個(gè)電對(duì)分別與氫電極組成原電池，運(yùn)用電池反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變進(jìn)行推導(dǎo)。元素電勢(shì)圖的應(yīng)用編輯ppt得到下列關(guān)系式： 3= （n1 1n2

20、 2）/ （n1+n2）若有i個(gè)相鄰的電對(duì)，則 (n1 1n2 2 ni i)/（n1+n2+ni） 式中的n1、n2、 ni分別代表各電對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)。編輯ppt NaOH(aq)(l)Br (3) (2) (1) 2321。寫(xiě)出反應(yīng)方程式并求其什么？混合最穩(wěn)定的產(chǎn)物是和？判斷哪些物種可以歧化。和、求K 2例題：已知Br的元素電勢(shì)圖如下 3Br 1.0774Br 0.4556BrO BrO213編輯pptV5196. 05V) 10774. 166126. 0( V7665. 02V) 10774. 114556. 0( V5357. 041)V1.077410.45566(0.6126

21、321 解：(1) 2 3Br 1.0774Br 0.4556BrO BrO213編輯pptBr 1.0774Br 0.4556BrO 0.5357BrO23(2)可以歧化。、BrOBr2編輯ppt 47MF232MF232321029.1 11.470.0592V0.5578V50.0592Vlg V5578.00.5196V0774V.1 /BrBrO/BrBr O(aq)3H)aq(BrO)aq(5Br )aq(6OH) l (3Br Br 和 BrO 是的混合最NaOH 與 lBr 能歧 BrO 3 。產(chǎn)物穩(wěn)定所以，不穩(wěn)定，化因?yàn)镵ZEKE編輯ppt電解 利用外加電能的方法迫使反應(yīng)進(jìn)行

22、的過(guò)程叫電解。在電解過(guò)程中，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。 外電源外電源: :正極正極 負(fù)極負(fù)極電解池電解池: :陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極反應(yīng)類(lèi)型反應(yīng)類(lèi)型: : 氧化氧化 還原還原陽(yáng)極陰極H2(g) H+2H+(aq)+2e-=H2(g) 在電解池的兩極反應(yīng)中氧化態(tài)物質(zhì)得到電子或還原態(tài)物質(zhì)給出電子的過(guò)程都叫做放電-通過(guò)離子放電這一特殊過(guò)程將一類(lèi)導(dǎo)體和二類(lèi)導(dǎo)體聯(lián)系起來(lái)。 編輯ppt1 分解電壓和超電勢(shì)實(shí)際分解電壓使電解順利進(jìn)行的最低電壓。以鉑作電極，電解0.100moldm-3Na2SO4溶液為例。 陽(yáng)極反應(yīng)：陽(yáng)極反應(yīng)：4OH- 4e- 2H2O + O2算得：算得：陽(yáng)陽(yáng)V陰極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：2H+ + 2e- H

23、2 算得：算得：陰陰V D0 電壓電流密度編輯ppt 由電解產(chǎn)物組成的氫氧原電池，H2為負(fù)極、O2為正極。E =1.23V。 該原電池的電子流方向與外加直流電源電子流的方向相反。因而至少需要外加一定值的電壓以克服該原電池所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，才能使電解順利進(jìn)行。表明分解電壓是由于電解產(chǎn)物在電極上形成某種原電池，產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)而引起的。編輯ppt VV) )稱(chēng)稱(chēng)理論分解電壓E(理)。 VV) )稱(chēng)稱(chēng)實(shí)際分解電壓E(實(shí))。 電解時(shí)電解池的實(shí)際分解電壓E(實(shí))與理論分解電壓E(理)之差稱(chēng)為超電壓E(超)，即E(實(shí))E(理)原因:有電流，偏離平衡電勢(shì)，引起“極化”編輯ppt 電極電勢(shì)偏離了沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)的平

24、衡電極電極電勢(shì)偏離了沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)的平衡電極電勢(shì)值的現(xiàn)象，在電化學(xué)上稱(chēng)為極化。電勢(shì)值的現(xiàn)象，在電化學(xué)上稱(chēng)為極化。其中：濃差極化 是由于離子擴(kuò)散速率緩慢所引起的，可設(shè)法消除。 電化學(xué)極化 是由電解產(chǎn)物析出過(guò)程中某一步驟(如離子的放電、原子結(jié)合為分子、氣泡的形成等)反應(yīng)速率遲緩而引起電極電勢(shì)偏離平衡電勢(shì)的現(xiàn)象。即電化學(xué)極化是由電化學(xué)反應(yīng)速率決定的，無(wú)法消除。編輯ppt 影響影響超電勢(shì)超電勢(shì)的因素有三個(gè)方面：的因素有三個(gè)方面：電解產(chǎn)物電解產(chǎn)物：金屬的超電勢(shì)一般很小，氣體的超電勢(shì)較大，而金屬的超電勢(shì)一般很小，氣體的超電勢(shì)較大，而氫氣、氧氣的超電勢(shì)則更大。氫氣、氧氣的超電勢(shì)則更大。 超電勢(shì)超電勢(shì)導(dǎo)致：導(dǎo)

25、致：陽(yáng)極陽(yáng)極析出電勢(shì)升高，析出電勢(shì)升高，即即(析,陽(yáng))=(=(陽(yáng)陽(yáng) + +); ); 陰極陰極析出電勢(shì)降低析出電勢(shì)降低，即，即(析,陰)=(=(陰陰 - -) )。電極材料和表面狀態(tài)電極材料和表面狀態(tài)：同一電解產(chǎn)物在不同的電極上的超電：同一電解產(chǎn)物在不同的電極上的超電勢(shì)數(shù)值不同，且電極表面狀態(tài)不同時(shí)超電勢(shì)數(shù)值也不同。勢(shì)數(shù)值不同，且電極表面狀態(tài)不同時(shí)超電勢(shì)數(shù)值也不同。電流密度電流密度：隨著電流密度增大超電勢(shì)增大。在表達(dá)超電勢(shì)的隨著電流密度增大超電勢(shì)增大。在表達(dá)超電勢(shì)的數(shù)據(jù)時(shí)，必須指明電流密度的數(shù)值或具體條件。數(shù)據(jù)時(shí)，必須指明電流密度的數(shù)值或具體條件。 編輯ppt2 電解池中兩極的電解產(chǎn)物 在陰極

26、陰極上進(jìn)行還原反應(yīng)的首先是析出電勢(shì)代數(shù)值較大的氧化態(tài)物質(zhì)電勢(shì)代數(shù)值較大的氧化態(tài)物質(zhì)。 綜合考慮電極電勢(shì)和超電勢(shì)的因素得出： 在陽(yáng)極陽(yáng)極上進(jìn)行氧化反應(yīng)的首先是析出電勢(shì)電勢(shì)(考慮超電勢(shì)因素后的實(shí)際電極電勢(shì))代代數(shù)值較小的還原態(tài)物質(zhì)數(shù)值較小的還原態(tài)物質(zhì)；編輯ppt簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單鹽類(lèi)水溶液鹽類(lèi)水溶液電解產(chǎn)物歸納如下電解產(chǎn)物歸納如下: :陽(yáng)極析出的物質(zhì)：陽(yáng)極析出的物質(zhì)：還原態(tài)物質(zhì)還原態(tài)物質(zhì) 金屬電極金屬電極 X-，S2-,OH- 含氧酸根含氧酸根電極反應(yīng)電極反應(yīng) M-ne-Mn+ 2X-2e-X2 4OH- 4e-2H2O+O2 氧化態(tài)物質(zhì)氧化態(tài)物質(zhì) K+Ca2+Na+Mg2+Al3+ Mn2+Zn2+(H+

27、)Cu2+Hg2+電極反應(yīng)電極反應(yīng) 2H+2e-H2 M2+2e-M陰極析出的物質(zhì)：陰極析出的物質(zhì)：編輯ppt3 電解的應(yīng)用1. 1.電鍍：電鍍： 電鍍電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程，既可防腐蝕又可起裝飾的作用。 在電鍍時(shí)，一般將需要鍍層的零件作為陰極(連接電源負(fù)極)，而用作鍍層的金屬(如Ni-Cr合金、Au等)作為陽(yáng)極(連接電源正極)。 電鍍液一般為含鍍層金屬配離子的溶液。編輯ppt 在適當(dāng)?shù)碾妷合?，?yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬失去電子而成為正離子進(jìn)入溶液中，即陽(yáng)極溶解；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，金屬正離子在陰極鍍件上獲得電子，析出沉積成金屬鍍層。 如：電鍍鋅：被鍍零件作為

28、陰極材料，金屬鋅作為陽(yáng)極材料，在鋅鹽(如Na2Zn(OH)4)溶液中進(jìn)行電解。 陰極：Zn2+2e- =Zn陽(yáng)極： Zn = Zn2+2e- 編輯ppt2 陽(yáng)極氧化 用電解的方法通以陽(yáng)極電流，使金屬表面形成氧化膜用電解的方法通以陽(yáng)極電流，使金屬表面形成氧化膜以達(dá)到防腐耐蝕目的的一種工藝。以達(dá)到防腐耐蝕目的的一種工藝。 以鋁的陽(yáng)極氧化為例，在陽(yáng)極鋁表面上，一種是Al2O3的形成反應(yīng)，另一種是Al2O3被電解液不斷溶解的反應(yīng)。當(dāng)Al2O3的生成速率大于溶解速率時(shí)，氧化膜就能順利地生長(zhǎng)，并保持一定的厚度。 陽(yáng)極陽(yáng)極(Al) 2Al + 3H2O 6e- = Al2O3 + 6H+ 主要反應(yīng)主要反應(yīng)

29、2H2O 4e- = 4H+ + O2 次要反應(yīng)次要反應(yīng) 陰極陰極(Pb) 2H+ + 2e- = H2 陽(yáng)極氧化可采用稀硫酸或鉻酸或草酸溶液。陽(yáng)極氧化可采用稀硫酸或鉻酸或草酸溶液。編輯ppt陽(yáng)極氧化膜陽(yáng)極氧化膜（厚度可達(dá)5300m）靠靠 近近 基基 體：純度較高的致密體：純度較高的致密AlAl2 2OO3 3 mm，稱(chēng)阻擋，稱(chēng)阻擋層。層。靠近電解液：由靠近電解液：由AlAl2 2OO3 3和和AlAl2 2OO3 3HH2 2OO所形成的膜，所形成的膜，硬度較低，有松孔，可使電解液流硬度較低，有松孔，可使電解液流通，如圖所示。通，如圖所示。編輯ppt3電刷鍍 電刷鍍是把適當(dāng)?shù)碾婂円核㈠兊绞軗p

30、的機(jī)械零部件上使其回生的技術(shù)。 幾乎所有與機(jī)械有關(guān)的工業(yè)部門(mén)都在推廣應(yīng)用，能以很低的成本換得較大的經(jīng)濟(jì)效益。 電刷鍍的電鍍液不是放在電鍍槽中，而是在電刷鍍過(guò)程中不斷滴加電鍍液，使之浸濕在棉花包套中，在直流電的作用下不斷刷鍍到工件陰極上。這樣就把固定的電鍍槽改變?yōu)椴还潭ㄐ螤畹拿藁ò?，從而擺脫了龐大的電鍍槽，使設(shè)備簡(jiǎn)單而操作方便。 用鍍筆作陽(yáng)極，工件作陰極、并在操作中不斷旋轉(zhuǎn)。編輯ppt化學(xué)電源借自發(fā)的氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱(chēng)為化學(xué)電源。 一次電池 放電后不能充電或補(bǔ)充化學(xué)物質(zhì)使其復(fù)原的電池。 電池符號(hào)：電池符號(hào)：(-)Zn|ZnCl2, NH4Cl(糊狀糊狀) |MnO2|C

31、(+)電極反應(yīng)電極反應(yīng):(-) Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-(+)2MnO2 +2NH4+(aq)+2e- Mn2O3 +2NH3(g)+2H2O(l) V。它攜帶方便。但反應(yīng)不可逆，壽命有限。它攜帶方便。但反應(yīng)不可逆，壽命有限。 編輯ppt2 鋅-氧化汞電池電池符號(hào)電池符號(hào): :(-)Zn Hg KOH(糊狀，含飽和ZnO) HgO C(+)電極反應(yīng)電極反應(yīng): :(-) Zn + 2OH- - 2e- ZnO + H2O(+) HgO(s) + H2O + 2e- Hg(l) + 2OH- 鋅-氧化汞電池體積小能量高，貯存性能優(yōu)良，是常用電池中放電電壓最平穩(wěn)的電源之一。缺點(diǎn)是使用

32、汞不利于環(huán)保。編輯ppt3 鋰-鉻酸銀電池以鋰為負(fù)極的還原劑，鉻酸銀為正極的氧化劑，其導(dǎo)電介質(zhì)為含有高氯酸鋰(LiClO4)的碳酸丙烯酯(PC)溶液。 電池符號(hào)：電池符號(hào)：(-)Li | LiClO4, PC | Ag2CrO4 | Ag(+)電極反應(yīng)電極反應(yīng): (-) Li - e- Li+ (+) Ag2CrO4 + 2Li+ + 2e- 2Ag + Li2CrO4 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積所含能量高，穩(wěn)定性好，電池電壓高(2.83.6V)。 編輯ppt2、二次電池放電后通過(guò)充電使其復(fù)原的電池。 v鉛蓄電池鉛蓄電池電池符號(hào)電池符號(hào)(-)(-)Pb|H2SO4|PbO2(+)電極反應(yīng)：負(fù)極：Pb +

33、SO42- -2e- = PbSO4正極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 總反應(yīng)式 Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O放電充電編輯pptcm-3之間。若低于1.20gcm-3，則表示已部分放電，需充電后才能使用。 具有原料易得、價(jià)格低廉、技術(shù)成熟、使用可靠，又可大電流 放電等優(yōu)點(diǎn)，所以使用很廣泛。其中約80%用于汽車(chē)工業(yè)（發(fā)動(dòng)馬達(dá)）。缺點(diǎn)太笨重（載重2t的搬運(yùn)車(chē)電池自重0.5t)編輯ppt3 連續(xù)電池 在放電過(guò)程中可以不斷地輸入化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，連續(xù)產(chǎn)生電流的電池。 燃料電池就是一種連續(xù)電池。燃料

34、電池是名符其實(shí)的把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換機(jī)器”。能量轉(zhuǎn)換率很高，理論上可達(dá)100。實(shí)際轉(zhuǎn)化率約為70%80。 燃料電池由燃料(氫、甲烷、肼、烴、甲醇、煤氣、天然氣等)、氧化劑(氧氣、空氣等)、電極和電解質(zhì)溶液等組成。燃料，如氫，連續(xù)不斷地輸入負(fù)極作還原活性物質(zhì)，把氧連續(xù)不斷輸入正極，作氧化活性物質(zhì)，通過(guò)反應(yīng)連續(xù)產(chǎn)生電流。編輯ppt氫氫- -氧燃料電池、第四類(lèi)發(fā)電氧燃料電池、第四類(lèi)發(fā)電 優(yōu)點(diǎn)：a.能量轉(zhuǎn)換效率高，運(yùn)行壽命長(zhǎng)。 b.無(wú)噪聲，無(wú)污染 c. 可連續(xù)大功率供電燃料電池汽車(chē)燃料電池汽車(chē)我國(guó)和世界正在大力發(fā)展的綠色汽車(chē)我國(guó)和世界正在大力發(fā)展的綠色汽車(chē)20世紀(jì)90

35、年代已可取代中等容量火電?，F(xiàn)場(chǎng)使用，分散配制。目前實(shí)用較大的磷酸型很有前途的甲醇-氧燃料電池 (-)Pt|CH3OH(l)|KOH(aq)|O2(g)|Pt(+)編輯ppt氫氫- -氧燃料電池氧燃料電池電池符號(hào)：電池符號(hào)：（-）C H2 KOH(35%) O2 C（+）電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：（-） H2+2OH-2e-2H2O（+） O2+2H2O+4e-4OH2H2+O22H2O 每個(gè)電池可產(chǎn)生1.23V的電壓。優(yōu)點(diǎn)：生成物不污染環(huán)境，且熱能轉(zhuǎn)化率高（達(dá)80% 左右） 編輯ppt編輯ppt4 化學(xué)電源與環(huán)保 在一次電池和二次電池中，含有汞、錳、鎘、鉛、鋅等重金屬，使用后如果隨意丟棄，就會(huì)造成環(huán)

36、境污染。研究無(wú)污染電池和無(wú)害化處理是目前亟需解決的兩個(gè)方面 重金屬通過(guò)食物鏈后在人體內(nèi)聚積，就會(huì)對(duì)健康造成嚴(yán)重的危害。重金屬聚積到一定量后會(huì)使人發(fā)生中毒現(xiàn)象，嚴(yán)重的將導(dǎo)致人的死亡。因此，加強(qiáng)廢電池的管理，不亂扔廢電池實(shí)現(xiàn)有害廢棄物的“資源化、無(wú)害化”管理，已迫在眉睫。編輯ppt金屬的腐蝕與防止 當(dāng)金屬與周?chē)橘|(zhì)接觸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用而引起的破壞叫做金屬的腐蝕金屬的腐蝕。 估計(jì)每年腐蝕而報(bào)廢的鋼鐵設(shè)備相當(dāng)于鋼鐵年產(chǎn)量的1/4,發(fā)達(dá)國(guó)家年經(jīng)濟(jì)損失占GDP的34%。因此在了解金屬腐蝕機(jī)理的基礎(chǔ)上懂得如何防止金屬腐蝕和了解如何進(jìn)行金屬材料的化學(xué)保護(hù)十分必要。 金屬腐蝕的本質(zhì)都是金屬原子失

37、電子被氧化的過(guò)程。 編輯ppt1 腐蝕的分類(lèi) 金屬與周?chē)橘|(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕叫化學(xué)腐蝕。1 化化 學(xué)學(xué) 腐腐 蝕蝕 化學(xué)腐蝕發(fā)生在非電解質(zhì)溶液中或干化學(xué)腐蝕發(fā)生在非電解質(zhì)溶液中或干燥的氣體中，在腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生電流。如：燥的氣體中，在腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生電流。如：鋼鐵的高溫氧化脫碳、石油或天然氣輸送管鋼鐵的高溫氧化脫碳、石油或天然氣輸送管部件的腐蝕等?；瘜W(xué)腐蝕原理比較簡(jiǎn)單部件的腐蝕等?；瘜W(xué)腐蝕原理比較簡(jiǎn)單, ,屬于屬于一般的氧化還原反應(yīng)。一般的氧化還原反應(yīng)。編輯ppt化學(xué)腐蝕化學(xué)反應(yīng)例：1)鋼鐵的高溫氧化:FeO2740KFe3O4FeOCO2FeO + COH2OFeO + H2

38、高溫高溫致密疏松，易龜裂，向縱深腐蝕 2)鋼的脫碳。O2,H2OCO編輯ppt金屬與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的金屬腐蝕。例如,鋼鐵在潮濕的環(huán)境中生銹,發(fā)生的就是電化學(xué)腐蝕： 較小的金屬易失電子，被氧化而腐蝕，是腐蝕電池的陽(yáng)極（也稱(chēng)負(fù)極）。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕普遍得多,腐蝕的速率一般也快得多。2 電化學(xué)腐蝕編輯ppt1) 析氫腐蝕在酸性較強(qiáng)的條件下鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕,電極反應(yīng)為:陽(yáng)極:Fe2e-=Fe2+陰極:2H+2e-=H2在弱酸性或中性條件下鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕,電極反應(yīng)為：陽(yáng)極:Fe-2e-=Fe2+陰極:2H2O+O2+4e-=4OH吸氧腐蝕比析氫腐蝕更為普遍。吸氧腐蝕比析氫腐蝕更為普遍

39、。2）吸氧腐蝕編輯ppt3）差異充氣腐蝕 光滑金屬片也會(huì)因電解質(zhì)溶液中溶解O2量不同而引起電化學(xué)腐蝕。腐蝕液腐蝕液NaCl+KNaCl+K3 3Fe(CN)Fe(CN)6 6+酚酞酚酞 滴在光滑滴在光滑鐵片，中央變藍(lán)。鐵片，中央變藍(lán)。 小，小，O2小，作為陽(yáng)極小，作為陽(yáng)極Fe - 2e-=Fe2+, 遇遇 Fe(CN)63-變藍(lán)變藍(lán)邊緣變紅，因邊緣變紅，因 O2大，大， 大，作為陰極大，作為陰極2H2H2 2O+OO+O2 2+4e+4e- -=4OH=4OH編輯ppt*2 腐蝕電池的非平衡電勢(shì)和腐蝕速率 腐蝕速率一般以每單位表面積、在單位時(shí)間內(nèi)金屬的失重表示。測(cè)量腐蝕速率最直接的方法是經(jīng)典的

40、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(zhì)中的電極電勢(shì)和環(huán)境的酸度、濕度及污染物等。 在討論腐蝕電池時(shí)，要注意腐蝕電池的電極電勢(shì)與前面所介紹的平衡電勢(shì)是不相同的。 編輯ppt 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(shì)的建立并不表示電極反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，因而稱(chēng)為非平衡電勢(shì)。 非平衡電勢(shì)最后能達(dá)到一個(gè)恒定的數(shù)值，稱(chēng)為穩(wěn)定電勢(shì)。穩(wěn)定電勢(shì)與溶液的成分、濃度、溫度、攪拌情況以及金屬表面狀態(tài)有關(guān)，且不服從能斯特方程式。 當(dāng)有可覺(jué)察量的電流通過(guò)電極時(shí)，將發(fā)生電極的極化，極化作用使腐蝕電池陰極(正極)的電極電勢(shì)代數(shù)值變得更小，陽(yáng)極(負(fù)極)的電極電勢(shì)代數(shù)值變得

41、更大。 編輯ppt 在接通電路后，腐蝕電池的電動(dòng)勢(shì)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(méi)有極化作用，金屬腐蝕速率將會(huì)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(gè)重要因素。編輯ppt3 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(hù)層法保護(hù)層法：例：在金屬表面涂漆、電鍍或用化學(xué)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(zhì)中，加入少量能減小腐蝕速率的物質(zhì)以防止腐蝕的方法。 (1)無(wú)機(jī)緩蝕劑：在中性或堿性介質(zhì)中主要采用無(wú)機(jī)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

42、沉淀物。 (2)有機(jī)緩蝕劑：在酸性介質(zhì)中，一般是含有N、S、O的有機(jī)化合物。常用的緩蝕劑有烏洛托品、若丁等。 編輯ppt有機(jī)物（如胺類(lèi)、吡啶類(lèi)、硫脲類(lèi)等）。(3)氣相緩蝕劑：如亞硝酸二環(huán)乙烷基胺H2NONO給機(jī)器產(chǎn)品（尤其是精密儀器）的包裝技術(shù)常帶來(lái)重大革新。編輯ppt4 陰極保護(hù)法 將被保護(hù)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(yáng)極保護(hù)法和外加電流法 。(1)(1)、犧牲陽(yáng)極保護(hù)法、犧牲陽(yáng)極保護(hù)法 用較活潑的金屬或其用較活潑的金屬或其三元合金如三元合金如(Zn、Al)連接連接在被保護(hù)的金屬上，被保在被保護(hù)的金屬上，被保護(hù)的金屬作為腐蝕電池陰護(hù)的金屬作為腐蝕電池陰極而達(dá)到

43、不遭腐蝕的目的。極而達(dá)到不遭腐蝕的目的。編輯ppt選讀材料選讀材料 電解加工和非金屬電鍍電解加工是利用金屬在電解液中可以發(fā)生陽(yáng)極溶解的原理，將工件加工成型。 電解加工時(shí)，工件作為陽(yáng)極，模件(工具)作為陰極。兩極之間保持很小的間隙(0.11mm)，使高速流動(dòng)的電解液從中通過(guò)以達(dá)到輸送電解液和及時(shí)帶走電解產(chǎn)物的作用，使陽(yáng)極金屬能較大量地不斷溶解，最后成為與陰極模件工作表面相吻合的形狀。 1 電解加工電解加工編輯ppt2 電拋光 電拋光原理：在電解過(guò)程中，利用金屬表面上凸出部分的溶解速率大于金屬表面上凹入部分的溶解速率，從而使金屬表面平滑光亮。 編輯ppt電拋光時(shí)，將工件(鋼鐵)作為陽(yáng)極材料，用鉛板

44、作為陰極材料，在含有磷酸、硫酸和鉻酐(CrO3)的電解液中進(jìn)行電解。工件(陽(yáng)極)鐵的表面將(被)氧化而溶解。 陽(yáng)極陽(yáng)極 Fe = Fe2+2e- 6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O 陰極陰極 Cr2O72- +14H+6e-=2Cr3+7H2O 和2H+2e-=H2(g) 電拋光結(jié)果：電拋光結(jié)果：能獲得平滑及有光澤的金屬表面。 編輯ppt3 非金屬電鍍化學(xué)鍍：利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行沉積金屬的方法。如銀鏡反應(yīng)。塑料的化學(xué)鍍可將塑料件的重量輕，抗腐蝕與金屬的導(dǎo)電性，耐磨性、裝飾性結(jié)合起來(lái)。步驟：除油、粗化、敏化、活化和化學(xué)鍍。以ABS化學(xué)鍍Cu為例

45、，主要步驟：(1)、粗化 使塑料表面蝕刻出一些微觀粗糙不平狀態(tài)，粗化液可使高分子鏈斷裂，同時(shí)發(fā)生反應(yīng)，提高表面的親水性，提高金屬與塑料的結(jié)合力。編輯ppt(2)、敏化 敏化的作用是在經(jīng)粗化的零件表面上吸附一層易于氧化的金屬離子（如 Sn2+)，用于還原某一金屬離子（如Ag+)。 將粗化過(guò)的制件置于含有敏化劑的溶液中浸漬、使制件表面吸附一層易于氧化的(還原性)金屬離子。二價(jià)錫鹽或三價(jià)鈦鹽。SnCl2酸溶液。 SnCl2 + H2O Sn(OH)Cl + H+ + Cl? SnCl2 + H2O Sn(OH)2 + 2H+ + 2Cl?最終生成 Sn2(OH)3Cl膠狀物質(zhì)，幾納米到幾百納米。 編

46、輯ppt(3)、活化 為加快化學(xué)鍍的沉積速率并促使鍍層均勻，利用二價(jià)金屬離子Sn2+的還原性將某些貴重金屬離子(Ag+或Pd2+)還原成具有催化活性的如Ag, Pd微粒，緊緊吸附在制件的表面，作為化學(xué)鍍的“晶種”。 2Ag+ + Sn2+ Sn4+ + 2Ag 2Pd+ + Sn2+ Sn4+ + 2Pd編輯ppt(4)、化學(xué)鍍 借助于已溶解并吸附在塑料制件表面的還原劑，將化學(xué)鍍配方中的金屬離子還原成金屬單質(zhì)。以鍍銅為例，鍍銅液：硫酸銅、乙二胺四乙酸鈉、氫氧化鈉、甲醛和少量穩(wěn)定劑。反應(yīng)機(jī)理： Sn2+ + 催化金屬離子 Sn4+ + 催化金屬 (Ag+或Pd2+) (Ag或Pd) HCHO + OH- H2 + HCOO- Cu2+ + H2 + 2OH- Cu + 2H2O HCHO + OH- H2 + HCOO-編輯pptm塑料鍍銅工藝步驟：總的反應(yīng)方程式： Cu2+ + 2e- Cu (+) HCHO + 4OH- - 2e- 2HCOO- + H2 + 2H2O Cu2+ + 2HCHO + 4OH- Cu +