氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)

1、第三節(jié) 電解與金屬腐蝕、防護(hù),2. 分解電壓 (E分,例：Pt為電極電解 0.1molL-1的NaOH溶液,陽(yáng)極 4OH(aq) = O2 (g) + 2H2O (l) + 4e,陰極 2H+ (aq) + 2e = H2 (g,)Pt, H2 (p)|H+(110-13 molL-1) |OH- (0.1 molL-1)|O2 (p), Pt(,內(nèi)部電池反電池,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 = - 0.77 V E反 = 正 - 負(fù) = 0.46 (-0.77)

2、= 1.23 V,電解水時(shí)電解電流隨外加電壓的變化,E理 =1.23 V E實(shí) =1.7 V,1.7 V,1) 理論分解電壓(E分(理) 克服理論反電動(dòng)勢(shì)所需電壓 (2) 實(shí)際分解電壓(E分(實(shí)) 使電解反應(yīng)得以順利進(jìn)行所需最低電壓 (3) 超電壓 (E超) E超 = E分(實(shí)) E分(理,3. 極化與超電勢(shì),1) 極化 極化：析出電勢(shì)偏離平衡電勢(shì)的現(xiàn)象 超電勢(shì) ()：偏離的部分,2) 極化產(chǎn)生的原因,濃差極化,由于電極表面附近和溶液深處的離子濃度差異引起的極化 (次要因素) 結(jié)果： 陰 , 陽(yáng) , 進(jìn)而 E反,由于電化學(xué)反應(yīng)阻力引起的極化 (主要因素,電化學(xué)極化,結(jié)果： 陰 , 陽(yáng) , 進(jìn)而

3、 E反,結(jié)果： 陰 , 陽(yáng) , 進(jìn)而 E反,以H+放電為例： H+(本體溶液） H+（電極表面） H+（電極表面）+e H (并吸附在電極表面上） H H2 (吸附在電極上的氫分子） H2 H2（g)(形成氫氣離開(kāi)電極表面,3) 超電勢(shì) (,金屬析出的超電勢(shì)較小，氣體較大。 電解池：極化使 E反 原電池：極化使 E,陽(yáng)極超電勢(shì) (陽(yáng),陽(yáng)(析) = 陽(yáng)(平) + 陽(yáng),陰極超電勢(shì) (陰,陰(析) = 陰(平) 陰,4. 電解產(chǎn)物的判斷規(guī)律,1) 原則： 陰極 還原反應(yīng) 析出電勢(shì)較高的氧化態(tài)物質(zhì) 陽(yáng)極 氧化反應(yīng) 析出電勢(shì)較低的還原態(tài)物質(zhì) 陽(yáng) 小 還 同學(xué)！ 對(duì)象：溶質(zhì)、溶劑、電極等,2) 放電一般規(guī)

4、律,用石墨做電極電解CuCl2溶液 陽(yáng)極反應(yīng): 陰極反應(yīng),2Cl- = Cl2 + 2e,Cu2+ 2e = Cu,用石墨做電極電解Na2SO4溶液 陽(yáng)極反應(yīng): 陰極反應(yīng),4OH = 2H2O + O2+ 4e,2H+ + 2e = H2,用金屬鎳做電極電解NiSO4溶液 陽(yáng)極反應(yīng): 陰極反應(yīng),Ni = Ni2+ + 2e,Ni2+ + 2e = Ni,5. 電解的應(yīng)用,1) 電鍍 (2) 電拋光 (3) 電解加工 (4) 陽(yáng)極氧化,1) 電鍍,電解拋光機(jī)制示意圖,2) 電拋光,金屬制品為陽(yáng)極，金屬鈍化與金屬溶解交替進(jìn)行 金屬表面上凸起部分鈍化的穩(wěn)定性低于凹陷部分，溶解速率較高，對(duì)金屬制品表面

5、起整平與出光的作用 不同金屬電拋光需要特定成分的電解液中和工藝條件 電拋光理論仍然是不夠成熟的,3) 電解加工,基于電解過(guò)程中的陽(yáng)極溶解原理并借助于成型的陰極，將工件按一定形狀和尺寸加工成型的一種工藝方法，稱為電解加工,隨著工具相對(duì)工件不斷跟進(jìn)，工件金屬不斷被電解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，最終兩極間各處的間隙趨于一致，工件表面形成與工具工作面基本相似的形狀。 對(duì)于難加工材料、形狀復(fù)雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢(shì)。 炮管膛線，葉片，整體葉輪，模具，異型孔及異型零件，倒角和去毛刺等加工,4) 陽(yáng)極氧化,鉛板作陰極，金屬為陽(yáng)極，形成一層氧化膜。 應(yīng)用最廣的是鋁和鋁合金的陽(yáng)極氧化,陽(yáng)極反應(yīng)： 2Al

6、 + 6OH = Al 2O3 + 6e + 3H2O (主) 4OH = 2H2O + 4e + O2 (次) 陰極反應(yīng)： 2H+ + 2e = H2,應(yīng)用：建筑材料，太陽(yáng)能集熱裝置，儀表外殼，裝飾品及工藝品等,三、金屬腐蝕與防護(hù),金屬的腐蝕：在使用過(guò)程中，由于受周圍環(huán)境的影響，發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，而引起金屬材料損壞的現(xiàn)象,發(fā)達(dá)國(guó)家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國(guó)民生產(chǎn)總值3.54.2，超過(guò)每年各項(xiàng)大災(zāi)（火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)及地震等）損失的總和。 在中國(guó),由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)300億元以上,占國(guó)民生產(chǎn)總值的4,1. 金屬的化學(xué)腐蝕 金屬材料與干燥氣體或非電解質(zhì)反應(yīng)而引起的破壞 (1) 鋼鐵的高溫氧化 (2) 鋼的脫碳 (3) 氫脆 (4) 高溫硫化 (5) 鑄鐵的腫脹,2. 電化學(xué)腐蝕 由于電化學(xué)作用所引起的腐蝕 (構(gòu)成腐蝕電池,陽(yáng)極 陰極,1) 析氫腐蝕 (酸性介質(zhì),陽(yáng)極 陰極,2) 吸氧腐蝕,3) 差異充氣腐蝕 是由于水中不同深度氧的濃度差別造成的 a 氧分壓大，為陰極。 b 氧分壓小，為陽(yáng)極。 上段生銹，下段蝕坑,3. 防護(hù)措施,1) 合金化法 制成合金，增大極化，提高耐腐蝕性 (2) 保護(hù)層法 電鍍金屬保護(hù)膜 、非金屬材料涂層 (3) 緩蝕劑法 在腐蝕介質(zhì)中加入少量能減小腐蝕速率的物質(zhì)來(lái)防止腐蝕的方法 (4) 電化學(xué)保護(hù)