化學(xué)電源與金屬腐蝕與防護(hù)

關(guān)于化學(xué)電源與金屬腐蝕與防護(hù)第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

解決原電池問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)和基本原則是：

書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式，注意幾點(diǎn)：（1）電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)式的一切規(guī)則（如“拆”、“平”）；（2）負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物、正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如+4價(jià)的C在酸性溶液中以CO2形式存在、在堿性溶液中以形式CO3-存在）；（3）溶液中不存在O2-——在酸性溶液中它與H+結(jié)合成H2O、在堿性或中性溶液中它與H2O結(jié)合成OH-。（4）兩極反應(yīng)相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)得到正極反應(yīng)、總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極反應(yīng)。

第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、化學(xué)電源1、干電池：普通干電池，又稱鋅錳電池。干電池的外殼是鋅筒，作負(fù)極。中間的一根石墨棒是正極，在石墨棒和鋅筒之間，充滿了二氧化錳、炭黑、浸濕的氯化銨及其他糊狀填充物。干電池在使用時(shí)，兩極通過(guò)金屬導(dǎo)線連接起來(lái)形成了外電路，電子從鋅筒負(fù)極流出，經(jīng)外電路而流入石墨棒正極。第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2、鉛蓄電池：在鉛蓄電池里，裝有鉛銻合金制成的柵狀極板。正極的極板上有二氧化鉛，負(fù)極的極板上是海綿狀的鉛。兩種極板都浸泡在硫酸溶液中。負(fù)極：Pb＋SO42－－2e－＝PbSO4正極：PbO2＋4H+＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O總反應(yīng)式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O充電放電第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)原電池的工作原理分析，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，可知：Pb–2e-

＝Pb2+①,生成的Pb2+

進(jìn)入電解質(zhì)溶液中，Pb2+

與溶液中的SO42-不能共存，要繼續(xù)反應(yīng)生成PbSO4，即：Pb2++SO42-

＝PbSO4②，因此在原電池的負(fù)極反應(yīng)式為①+②即：Pb–2e-+SO42-＝PbSO4；正極是得電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極，則有;PbO2+2e-

＝Pb2++2O2-①,Pb2+

和O2-進(jìn)入溶液中，由于電解質(zhì)溶液是H2SO4溶液，O2-在酸性環(huán)境中，不能單獨(dú)存在，可供O2-結(jié)合的微粒由H+和H2O，O2-在酸性環(huán)境中優(yōu)先結(jié)合H+生成H2O，這樣在正極發(fā)生的反應(yīng)有：4H++2O2-

＝2H2O②；Pb2++SO42-

＝PbSO4③根據(jù)以上分析可知正極反應(yīng)式為①+②+③即：PbO2+2e-+SO42-+4H+＝PbSO4+2H2O。（注意：在電極反應(yīng)式中應(yīng)遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒；在負(fù)極反應(yīng)式與正極反應(yīng)式相加求總反應(yīng)時(shí)要注意得失電子數(shù)要相等。）第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日我國(guó)首先研制出以鋁—空氣—海水電池為能源的新型航標(biāo)燈，只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就會(huì)發(fā)出耀眼的光線，其能量比普通干電池高20—50倍。試推測(cè)此電池的基本結(jié)構(gòu)：負(fù)極材料是

，鐵能否做正極材料？負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

總反應(yīng)

。3.海水電池負(fù)極：Al正極：活潑性比Al弱的導(dǎo)體電極反應(yīng)方程式：負(fù)極：Al–3e-=Al3+O2+4e-+2H2O

=4OH-正極得失電子守恒請(qǐng)寫(xiě)出反應(yīng)總的方程式4Al+3O2+6H2O

=4Al(OH)3↓第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

Ag—Zn高能電池：由Ag2O、Zn及KOH溶液組成?？偡磻?yīng)為：Zn+Ag2O+H2O＝Zn（OH）2+2Ag根據(jù)原電池原理可知：Zn做負(fù)，Ag2O做正極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。負(fù)極極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負(fù)極反應(yīng)為：Zn–2e-＝Zn2+,Zn2+進(jìn)入溶液后又與溶液中的OH-反應(yīng)Zn2++2OH-

＝Zn（OH）2。所以負(fù)極反應(yīng)為：Zn–2e-+2OH-

＝Zn(OH)2;正極為Ag2O得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，即Ag2O+2e-

＝2Ag+O2-O2-在中性或堿性環(huán)境中也不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H2O生成OH-，故在中性或堿性條件下O2-+H2O＝2OH-

，所以正極反應(yīng)式為：Ag2O+2e-+H2O＝2Ag+2OH-

。4.鈕扣電池第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

銀鋅電池（鈕扣式電池）的正極是由氧化銀和少量石墨組成的活性材料，負(fù)極是鋅汞合金，電解質(zhì)為氫氧化鉀溶液，電極反應(yīng)為Zn＋2OH－－2e＝ZnO＋H2O

、Ag2O＋H2O＋2e＝2Ag＋2OH－；總反應(yīng)為：Ag2O＋Zn＝2Ag＋ZnO，下列判斷正確的是（）A、鋅為正極，Ag2O為負(fù)極B、鋅為負(fù)極，Ag2O為正極C、原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)PH減小D、原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)PH增大B、C第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日5.燃料電池：燃料電池能將燃料跟氧氣起化學(xué)反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｕ龢O和負(fù)極都用多孔碳或多孔鎳、鐵等制成。從負(fù)極連續(xù)通入煤氣、水煤氣、氫氣、甲烷等可燃性氣體物質(zhì)；從正極連續(xù)通入空氣或氧氣。用堿（如KOH）的水溶液或熔融的碳酸鹽、金屬氧化物（如K2CO3、MgO等）做電解液?；瘜W(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時(shí)的產(chǎn)物相同。燃料電池的能量利用率高于燃料直接燃燒，可達(dá)70%以上。第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日H2－O2電池是常用的一種燃料電池，構(gòu)造如圖所示：

H2和O2分別從電池的負(fù)極和正極通入，穿過(guò)浸入20％～40％的KOH溶液的多孔碳電極，電極反應(yīng)是：2H2+4OH－－4e－

=4H2O總反應(yīng)式：負(fù)極：正極：O2+2H2O+4e－

=4OH－2H2+O2=2H2O第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日[說(shuō)明]在書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)時(shí),不僅要考慮氧化劑和還原劑，還要注意電解質(zhì)溶液對(duì)產(chǎn)物存在形式的影響。堿性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)H+，酸性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)OH－。如氫氧燃料電池中，若用堿溶液作電解質(zhì)溶液，電極反應(yīng)為：若用硫酸溶液作電解質(zhì)溶液，則電極反應(yīng)為：正極：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－負(fù)極：2H2＋4OH－－4e－＝4H2O正極：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O負(fù)極：2H2－4e－＝4H＋第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日用鉑絲作電極，插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構(gòu)成燃料電池。正極：負(fù)極：CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O總反應(yīng)式：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O2O2

＋4H2O＋8e－＝8OH－溶液的pH減小第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)3：熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陰極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣體為陽(yáng)極助燃?xì)猓频迷?50℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式：2CO＋2CO32－－4e－＝4CO2陽(yáng)極反應(yīng)式為

.總電池反應(yīng)式：

。O2＋2CO2＋4e－＝2CO32－2CO＋O2＝2CO2第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日原電池電極方程式書(shū)寫(xiě)關(guān)鍵1、明確原電池兩極的反應(yīng)物、產(chǎn)物及化合價(jià)的變化。2、判斷是否存在特定的條件（如介質(zhì)中的微粒H+、OH-參與反應(yīng)）。3、反應(yīng)式要滿足質(zhì)量、得失電子及電荷守恒。第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日例1、銀鋅蓄電池是一種高能電池，它的兩極材料分別為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，放電時(shí)它的正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式如下：

Zn+2OH-－2e－=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e－=2Ag+2OH－下列判斷正確的是[

]A．鋅為負(fù)極，氧化銀為正極；

B．鋅為正極，氧化銀為負(fù)極；

C．原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液pH增大；

D．原電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgAD

原電池總方程式實(shí)際就是兩個(gè)電極反應(yīng)式的加和，同樣兩個(gè)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)就是將總方程式拆開(kāi)。第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日例2、用石墨做電極電解3mol/LKCl和0.5mol/LAl2(SO4)3混合液時(shí)，下圖中表示電解變化的曲線合理的是

電解池總方程式反映的是電解前后電解質(zhì)溶液的變化，而兩個(gè)電極反應(yīng)式反映的是電解的實(shí)質(zhì)（或原理），故二者往往不一樣。第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日二、金屬的腐蝕與防護(hù)金屬的

腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕金屬腐蝕的本質(zhì)：

金屬原子失去電子被氧化為陽(yáng)離子的過(guò)程。第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的區(qū)別與聯(lián)系電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕

條件

不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸金屬與氧化劑直接接觸現(xiàn)象

有微弱電流產(chǎn)生無(wú)電流產(chǎn)生本質(zhì)

較活潑金屬被氧化的過(guò)程金屬被氧化的過(guò)程相互關(guān)系

化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍，危害更嚴(yán)重第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日鋼鐵在潮濕空氣中的腐蝕就屬于最突出的電化學(xué)腐蝕。(1)吸附水分，形成水膜。(2)吸收CO2、O2等，形成電解質(zhì)稀溶液。(3)溶液與鋼鐵表面的鐵和碳構(gòu)成無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池。腐蝕的過(guò)程第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖2H++2e－＝H2↑2Fe－4e－＝2Fe2+Fe－2e－＝Fe2+

2H2O＋O2＋4e－＝4OH－Fe＋2H+＝Fe2+＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3

Fe(OH)3→Fe2O3·nH2O(鐵銹)負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日金屬防護(hù)的方法1、改變金屬的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)—制成不銹鋼。2、防止金屬與外界接觸（在金屬表面覆蓋保護(hù)層）—噴、涂、鍍。3、電化學(xué)保護(hù)法（犧牲負(fù)極的正極保護(hù)法）第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)1：下列裝置中的純鋅棒都浸在