第10章電解與極化作用ppt課件

1、第十章第十章 電解與極化電解與極化 第十章電解與極化作用10.1 分解電壓分解電壓10.3 電解時(shí)電極上的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)電解時(shí)電極上的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)10.2 極化作用極化作用10.4 金屬的電化學(xué)腐蝕、防腐與金屬的鈍化金屬的電化學(xué)腐蝕、防腐與金屬的鈍化10.5 化學(xué)電源化學(xué)電源10.1 理論分解電壓理論分解電壓使某電解質(zhì)溶液能連續(xù)不斷發(fā)生電解時(shí)所必須外加使某電解質(zhì)溶液能連續(xù)不斷發(fā)生電解時(shí)所必須外加的最小電壓，在數(shù)值上等于該電解池作為可逆電池的最小電壓，在數(shù)值上等于該電解池作為可逆電池時(shí)的可逆電動(dòng)勢(shì)時(shí)的可逆電動(dòng)勢(shì)( )()EE理理論論分分解解可可逆逆1. 理論分解電壓定義理論分解電壓定義2. 分解電壓的測(cè)定

2、分解電壓的測(cè)定 使用使用PtPt電極電解電極電解HClHCl，加入中性鹽用來導(dǎo)電，實(shí)加入中性鹽用來導(dǎo)電，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。驗(yàn)裝置如圖所示。 逐漸增加外加電壓，逐漸增加外加電壓，由安培計(jì)由安培計(jì)G G和伏特計(jì)和伏特計(jì)V V分分別測(cè)定線路中的電流強(qiáng)別測(cè)定線路中的電流強(qiáng)度度I I 和電壓和電壓E E，畫出，畫出I-EI-E曲線。曲線。電源電源分解電壓的測(cè)定分解電壓的測(cè)定陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極PtVG 外加電壓很小時(shí)，幾乎無(wú)外加電壓很小時(shí)，幾乎無(wú)電流通過，陰、陽(yáng)極上無(wú)電流通過，陰、陽(yáng)極上無(wú)H2 H2 (g) (g) 和和Cl2(g)Cl2(g)放出。放出。 隨著隨著E E的增大，電極表面產(chǎn)的增大，電極表面產(chǎn)

3、生少量氫氣和氯氣，但壓力生少量氫氣和氯氣，但壓力低于大氣壓，無(wú)法逸出。低于大氣壓，無(wú)法逸出。E分分解解電電流流I I電壓電壓E E123測(cè)定分解電壓時(shí)的電流測(cè)定分解電壓時(shí)的電流- -電壓曲線電壓曲線 所產(chǎn)生的氫氣和氯構(gòu)成了原所產(chǎn)生的氫氣和氯構(gòu)成了原電池，外加電壓必須克服這反電池，外加電壓必須克服這反電動(dòng)勢(shì)，繼續(xù)增加電壓，電動(dòng)勢(shì)，繼續(xù)增加電壓，I I 有有少許增加，如圖中少許增加，如圖中1-21-2段段2. 分解電壓的測(cè)定分解電壓的測(cè)定 當(dāng)外壓增至當(dāng)外壓增至2-32-3段，氫氣和段，氫氣和氯氣的壓力等于大氣壓力，氯氣的壓力等于大氣壓力，呈氣泡逸出，反電動(dòng)勢(shì)達(dá)極呈氣泡逸出，反電動(dòng)勢(shì)達(dá)極大值大值 E

4、b,max Eb,max。 再增加電壓，使I 迅速增加。將直線外延至I = 0 處，得E(分解)值，這是使電解池不斷工作所必需外加的最小電壓，稱為分解電壓。E分分解解電電流流I I電壓電壓E E123測(cè)定分解電壓時(shí)的電流測(cè)定分解電壓時(shí)的電流- -電壓曲線電壓曲線2. 分解電壓的測(cè)定分解電壓的測(cè)定()()()EEEIR分分解解可可逆逆不不可可逆逆 要使電解池順利地進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)，除了克服作為原電池時(shí)的可逆電動(dòng)勢(shì)外，還要克服由于極化在陰、陽(yáng)極上產(chǎn)生的超電勢(shì) 和 ，以及克服電池電阻所產(chǎn)生的電位降 。這三者的加和就稱為實(shí)際分解電壓。()陽(yáng)()陰IR顯然分解電壓的數(shù)值會(huì)隨著通入電流強(qiáng)度的增加而增加。顯然分

5、解電壓的數(shù)值會(huì)隨著通入電流強(qiáng)度的增加而增加。3. 實(shí)際分解電壓實(shí)際分解電壓()()()E不不可可逆逆陽(yáng)陽(yáng)陰陰請(qǐng)思考以下問題：請(qǐng)思考以下問題：1、什么是超電勢(shì)？電極的極化主要有哪幾種？、什么是超電勢(shì)？電極的極化主要有哪幾種？2、什么是濃差極化？濃差極化的結(jié)果是什么即、什么是濃差極化？濃差極化的結(jié)果是什么即陰、陽(yáng)極可逆電極電勢(shì)與不可逆電極電勢(shì)的關(guān)系是陰、陽(yáng)極可逆電極電勢(shì)與不可逆電極電勢(shì)的關(guān)系是什么）？什么）？3、如何計(jì)算電解池陰陽(yáng)極的析出電極電勢(shì)即不、如何計(jì)算電解池陰陽(yáng)極的析出電極電勢(shì)即不可逆電極電勢(shì)）？如何計(jì)算分解電壓？可逆電極電勢(shì)）？如何計(jì)算分解電壓？4、由于極化作用的存在，原電池和電解池的電

6、動(dòng)、由于極化作用的存在，原電池和電解池的電動(dòng)勢(shì)和實(shí)際分解電壓隨電流密度如何變化？勢(shì)和實(shí)際分解電壓隨電流密度如何變化？1. 極化極化polarization）當(dāng)電極上無(wú)電流通過時(shí)，電極處于平衡狀態(tài)，這時(shí)當(dāng)電極上無(wú)電流通過時(shí)，電極處于平衡狀態(tài)，這時(shí)的電極電勢(shì)分別稱為陽(yáng)極可逆的電極電勢(shì)分別稱為陽(yáng)極可逆( (平衡平衡) )電勢(shì)和陰極可電勢(shì)和陰極可逆逆( (平衡平衡) )電勢(shì)電勢(shì)可可逆逆可可逆逆, ,（陽(yáng)陽(yáng)）（陰陰） 在有電流通過時(shí)，隨著電極上電流密度的增加，在有電流通過時(shí)，隨著電極上電流密度的增加，電極實(shí)際分解電勢(shì)值對(duì)平衡值的偏離也愈來愈大，電極實(shí)際分解電勢(shì)值對(duì)平衡值的偏離也愈來愈大，這種對(duì)可逆平衡電

7、勢(shì)的偏離稱為電極的極化。這種對(duì)可逆平衡電勢(shì)的偏離稱為電極的極化。10.2 10.2 極化作用極化作用2. 電極極化原因電極極化原因2.1 濃差極化濃差極化電流通過電極時(shí)，若電化學(xué)反應(yīng)速率較快，而離子的電流通過電極時(shí)，若電化學(xué)反應(yīng)速率較快，而離子的擴(kuò)散速率較慢，則電極表面附近和本體溶液中該離子擴(kuò)散速率較慢，則電極表面附近和本體溶液中該離子的濃度不同。如：的濃度不同。如： Cu Cucs cb陰極陰極: Cu2+2e-Cu陽(yáng)極陽(yáng)極: Cu Cu2+ +2e- Cu2+而電極電勢(shì)只與其表面附近的離子濃度有關(guān)而電極電勢(shì)只與其表面附近的離子濃度有關(guān) 可逆可逆 = yCu2+|Cu -(RT/2F) ln

8、 1/(ms(Cu2+) 即即 可逆可逆,陽(yáng)陽(yáng) 不可不可逆逆,陰陰 結(jié)論：當(dāng)電流通過電極時(shí)，因離子擴(kuò)散的遲緩性而結(jié)論：當(dāng)電流通過電極時(shí)，因離子擴(kuò)散的遲緩性而導(dǎo)致電極表面附近離子濃度與本體溶液中不同，從導(dǎo)致電極表面附近離子濃度與本體溶液中不同，從而使電極電勢(shì)偏離平衡電極電勢(shì)的現(xiàn)象，稱作而使電極電勢(shì)偏離平衡電極電勢(shì)的現(xiàn)象，稱作“濃濃差極化差極化”。 也可以利用滴汞電極上的濃差極化進(jìn)行極譜分析。也可以利用滴汞電極上的濃差極化進(jìn)行極譜分析。 用攪拌和升溫的方法可以減少濃差極化用攪拌和升溫的方法可以減少濃差極化2. 電極極化原因電極極化原因2.2 電化學(xué)極化電化學(xué)極化 電極反應(yīng)總是分若干步進(jìn)行，其中可能

9、某一步電極反應(yīng)總是分若干步進(jìn)行，其中可能某一步反應(yīng)速率較慢，需要較高的活化能。反應(yīng)速率較慢，需要較高的活化能。 為了使電極反應(yīng)順利進(jìn)行所額外施加的電壓稱為了使電極反應(yīng)順利進(jìn)行所額外施加的電壓稱為電化學(xué)超電勢(shì)亦稱為活化超電勢(shì)為電化學(xué)超電勢(shì)亦稱為活化超電勢(shì)) )這種極化現(xiàn)象稱為電化學(xué)極化。這種極化現(xiàn)象稱為電化學(xué)極化。 為了使超電勢(shì)都是正值，把陰極超電勢(shì)為了使超電勢(shì)都是正值，把陰極超電勢(shì) 和陽(yáng)和陽(yáng)極超電勢(shì)極超電勢(shì) 分別定義為：分別定義為： 陰陽(yáng) 陽(yáng)極上由于超電勢(shì)使電極電勢(shì)變大，陰極上由于超陽(yáng)極上由于超電勢(shì)使電極電勢(shì)變大，陰極上由于超電勢(shì)使電極電勢(shì)變小。電勢(shì)使電極電勢(shì)變小。 ()陰陰可逆不可逆3. 超

10、電勢(shì)超電勢(shì)()陽(yáng)陽(yáng)不可逆可逆 在某一電流密度下，實(shí)際發(fā)生電解的電極電勢(shì)在某一電流密度下，實(shí)際發(fā)生電解的電極電勢(shì) 與可逆電極電勢(shì)與可逆電極電勢(shì) 之間的差值稱為超電勢(shì)。之間的差值稱為超電勢(shì)。不可逆可逆整個(gè)電池的分解電壓等于陰、陽(yáng)兩極的析出整個(gè)電池的分解電壓等于陰、陽(yáng)兩極的析出電勢(shì)之差：電勢(shì)之差： E分解分解=陽(yáng)陽(yáng),不可逆不可逆- 陰陰,不可逆不可逆 = (陽(yáng)陽(yáng), 可逆可逆+ 陽(yáng)陽(yáng))- (陰陰, 可逆可逆-陰陰) = E可逆可逆+陽(yáng)陽(yáng)+ 陰陰3.1 超電勢(shì)的測(cè)定超電勢(shì)的測(cè)定Working：工作電極；：工作電極；Reference：參比電極；：參比電極；Counter：輔助：輔助(對(duì)對(duì))電極電極接電位

11、差計(jì)接電位差計(jì)CRWA3.2 極化曲線極化曲線polarization curve） 超電勢(shì)或電極電勢(shì)與電流密度之間的關(guān)系曲線稱為極化曲線，極化曲線的形狀和變化規(guī)律反映了電化學(xué)過程的動(dòng)力學(xué)特征。i r a I(陽(yáng)陽(yáng))i r I(陰陰) c電解池中兩電極的極化曲線E可逆陰E可逆+E不可逆陽(yáng)陰極曲線陽(yáng)極曲線j(電流密度)電極電勢(shì) 3.2 極化曲線polarization curve）原電池中兩電極的極化曲線原電池中兩電極的極化曲線j(電流密度電流密度)E可逆可逆E可逆可逆 -E不可逆不可逆陰陰陽(yáng)陽(yáng)負(fù)負(fù)極極曲曲線線正正極極曲曲線線電極電勢(shì)電極電勢(shì) 3.2 極化曲線polarization curve

12、） 電解質(zhì)溶液通常用水作溶劑，在電解過程中，電解質(zhì)溶液通常用水作溶劑，在電解過程中， 在陰極會(huì)與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)還原。在陰極會(huì)與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)還原。+H 利用氫在電極上的超電勢(shì)，可以使比氫活潑的金利用氫在電極上的超電勢(shì)，可以使比氫活潑的金屬先在陰極析出，這在電鍍工業(yè)上是很重要的。屬先在陰極析出，這在電鍍工業(yè)上是很重要的。 例如，只有控制溶液的例如，只有控制溶液的pHpH，利用氫氣的析出有超，利用氫氣的析出有超電勢(shì)，才使得鍍電勢(shì)，才使得鍍ZnZn，SnSn，NiNi，CrCr等工藝成為現(xiàn)實(shí)。等工藝成為現(xiàn)實(shí)。4. 氫超電勢(shì) 金屬在電極上析出時(shí)超電勢(shì)很小，通?？珊鼋饘僭陔姌O上析出時(shí)超電勢(shì)很小，通?？珊雎圆?/p>

13、計(jì)。而氣體，特別是氫氣和氧氣，超電勢(shì)值略不計(jì)。而氣體，特別是氫氣和氧氣，超電勢(shì)值較大。較大。 從氫氣在幾種電極上的超電勢(shì)，在石墨和汞從氫氣在幾種電極上的超電勢(shì)，在石墨和汞等材料上，超電勢(shì)很大，而在金屬等材料上，超電勢(shì)很大，而在金屬PtPt，特別是鍍，特別是鍍了鉑黑的鉑電極上，超電勢(shì)很小。了鉑黑的鉑電極上，超電勢(shì)很小。 影響超電勢(shì)的因素很多，如電極材料、電極表面影響超電勢(shì)的因素很多，如電極材料、電極表面狀態(tài)、電流密度、溫度、電解質(zhì)的性質(zhì)、濃度及溶液狀態(tài)、電流密度、溫度、電解質(zhì)的性質(zhì)、濃度及溶液中的雜質(zhì)等。中的雜質(zhì)等。氫在幾種電極上的超電勢(shì)氫在幾種電極上的超電勢(shì) 所以標(biāo)準(zhǔn)氫電極中的鉑電極要鍍上鉑黑

14、。所以標(biāo)準(zhǔn)氫電極中的鉑電極要鍍上鉑黑。氫在幾種電極上的超電勢(shì)1、當(dāng)發(fā)生極化作用時(shí)，兩電極的電極電勢(shì)的變化為（、當(dāng)發(fā)生極化作用時(shí)，兩電極的電極電勢(shì)的變化為（ ）( )( )( )( )abcd陽(yáng)陽(yáng)陽(yáng)陽(yáng)陰陰陰陰變變大大，變變小小變變小小，變變大大兩兩者者都都變變大大兩兩者者都都變變小小2、極譜分析儀所用的測(cè)量陰極為（、極譜分析儀所用的測(cè)量陰極為（ ） （a電化學(xué)極化電極電化學(xué)極化電極 （b濃差極化電極濃差極化電極 （c理想可逆電極理想可逆電極 （d難極化電極難極化電極3、298K時(shí)，在時(shí)，在0.10 molkg-1的的HCl溶液中，氫電極溶液中，氫電極的可逆電勢(shì)約為的可逆電勢(shì)約為-0.06V，當(dāng)用

15、，當(dāng)用Cu電極電解此溶液，電極電解此溶液，氫在氫在Cu電極上的析出電勢(shì)應(yīng)（電極上的析出電勢(shì)應(yīng)（ ） (a)大于大于-0.06V (b)等于等于 -0.06V (c) 小于小于-0.06V (d)無(wú)法判定無(wú)法判定10.3 10.3 電解時(shí)電極上的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)電解時(shí)電極上的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)1. 金屬的析出與氫的超電勢(shì)金屬的析出與氫的超電勢(shì)2. 金屬離子的分離金屬離子的分離1. 陰極上的反應(yīng)陰極上的反應(yīng)z+z+z+M|MM|MM1lnRTzFa 判斷在陰極上首先析出何種物質(zhì)，應(yīng)把可能發(fā)判斷在陰極上首先析出何種物質(zhì)，應(yīng)把可能發(fā)生還原物質(zhì)的電極電勢(shì)計(jì)算出來，同時(shí)考慮它的超生還原物質(zhì)的電極電勢(shì)計(jì)算出來，同時(shí)考慮它的超

16、電勢(shì)。電極電勢(shì)最大的首先在陰極析出。電勢(shì)。電極電勢(shì)最大的首先在陰極析出。電解時(shí)陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。電解時(shí)陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。 發(fā)生還原的物質(zhì)通常有發(fā)生還原的物質(zhì)通常有(1)(1)金屬離子，金屬離子，(2)(2)氫離子氫離子中性水溶液中中性水溶液中 ）。）。+7H10a2+H |HHH1lnRTFa 陽(yáng)極上的反應(yīng)陽(yáng)極上的反應(yīng)zzzA|AA|AAl()nRTazF陽(yáng)陽(yáng) 判斷在陽(yáng)極上首先發(fā)生什么反應(yīng)，應(yīng)把可能發(fā)生判斷在陽(yáng)極上首先發(fā)生什么反應(yīng)，應(yīng)把可能發(fā)生氧化物質(zhì)的電極電勢(shì)計(jì)算出來，同時(shí)要考慮它的超電氧化物質(zhì)的電極電勢(shì)計(jì)算出來，同時(shí)要考慮它的超電勢(shì)。電極電勢(shì)最小的首先在陽(yáng)極氧化。勢(shì)。電極電勢(shì)最小的首先

17、在陽(yáng)極氧化。電解時(shí)陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)。電解時(shí)陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)。發(fā)生氧化的物質(zhì)有：發(fā)生氧化的物質(zhì)有：（2 2陽(yáng)極本身發(fā)生氧化陽(yáng)極本身發(fā)生氧化（1陰離子，如陰離子，如 等等Cl ,OH 電解水溶液時(shí)，因電解水溶液時(shí)，因 或或 的析出，會(huì)改變的析出，會(huì)改變 或或 的濃度，計(jì)算電極電勢(shì)時(shí)應(yīng)把這個(gè)因素考慮進(jìn)去的濃度，計(jì)算電極電勢(shì)時(shí)應(yīng)把這個(gè)因素考慮進(jìn)去+H2OOH2H 確定了陽(yáng)極、陰極析出的物質(zhì)后，將兩者的析出確定了陽(yáng)極、陰極析出的物質(zhì)后，將兩者的析出電勢(shì)相減，就得到了實(shí)際分解電壓。電勢(shì)相減，就得到了實(shí)際分解電壓。 因?yàn)殡娊獬刂嘘?yáng)極是正極，電極電勢(shì)較高，所以因?yàn)殡娊獬刂嘘?yáng)極是正極，電極電勢(shì)較高，所以用陽(yáng)

18、極析出電勢(shì)減去陰極析出電勢(shì)。用陽(yáng)極析出電勢(shì)減去陰極析出電勢(shì)。,E陽(yáng)極析出陰極析出分解1、電解時(shí)，在電極上首先發(fā)生氧化反應(yīng)的是（、電解時(shí)，在電極上首先發(fā)生氧化反應(yīng)的是（ ）（a標(biāo)準(zhǔn)還原電極電勢(shì)最大者標(biāo)準(zhǔn)還原電極電勢(shì)最大者（b標(biāo)準(zhǔn)還原電極電勢(shì)最小者標(biāo)準(zhǔn)還原電極電勢(shì)最小者（c考慮極化后實(shí)際析出電極電勢(shì)最大者考慮極化后實(shí)際析出電極電勢(shì)最大者（d考慮極化后實(shí)際析出電極電勢(shì)最小者考慮極化后實(shí)際析出電極電勢(shì)最小者2、298K時(shí)，以時(shí)，以1A電流電解電流電解CuSO4溶液，析出溶液，析出0.1molCus所需時(shí)間約為（所需時(shí)間約為（ ）（a20.2h （b5.4h （c2.7h （d1.5h3、知、知將將Fe

19、(s)和和Cd(s)的粉末投入含的粉末投入含F(xiàn)e2+(0.10 molkg-1)和含和含Cd2+（0.001 molkg-1)的溶液中，的溶液中， Fe(s)和和Cd(s)粉將（粉將（ ）都溶解都溶解 (b) Fe(s)不溶，不溶， Cd(s)溶解溶解 (c) 都不溶解都不溶解 (d) Fe(s)溶解，溶解， Cd(s)不溶不溶22Cd0.440 ,0.402FeFeCdVV 4、用銅電極電解、用銅電極電解CuCl2的水溶液，不考慮超電勢(shì)，在陽(yáng)的水溶液，不考慮超電勢(shì)，在陽(yáng)極上將會(huì)發(fā)生的反應(yīng)為（極上將會(huì)發(fā)生的反應(yīng)為（ ）(a) 析出氧氣析出氧氣 (b) 析出氯氣析出氯氣 (c) 析出銅析出銅 (

20、d) 銅電極氧化銅電極氧化2222Cl0.3371.231.360 )O H OCuCuClVVV ( (已已知知，5、通電于含有相同濃度的、通電于含有相同濃度的Fe2+，Ca2+，Zn2+，和，和Cu2+的電解質(zhì)溶液，設(shè)的電解質(zhì)溶液，設(shè)H2因有超電勢(shì)而不析出，則因有超電勢(shì)而不析出，則這些金屬在陰極上的析出次序?yàn)椋ǎ┻@些金屬在陰極上的析出次序?yàn)椋ǎ?2222FeFeCaCaZnZnCuCu0.440V,2.866V,0.763V,0.337V( )( )( )( )a CaZnFeCub CaFeZnCub CuFeZnCad CaCuZnFe 已已知知 為了使分離效果較好，后一種離子反應(yīng)時(shí)，

21、前為了使分離效果較好，后一種離子反應(yīng)時(shí)，前一種離子的活度應(yīng)減少到一種離子的活度應(yīng)減少到 以下，這樣要求兩種以下，這樣要求兩種離子的析出電勢(shì)相差一定的數(shù)值。離子的析出電勢(shì)相差一定的數(shù)值。7102. 金屬離子的分離金屬離子的分離 如果溶液中含有多個(gè)析出電勢(shì)不同的金屬離子，如果溶液中含有多個(gè)析出電勢(shì)不同的金屬離子，可以控制外加電壓的大小，使金屬離子分步析出而可以控制外加電壓的大小，使金屬離子分步析出而達(dá)到分離的目的。達(dá)到分離的目的。7ln10RTzF 陰陰 1 0.41V 2 0.21V 3 0.14Vzzz 陰陰陰陰陰陰當(dāng)當(dāng)如：如： y (Pb2+/ Pb) = 0.126V; y (Sn 2+/

22、Sn) = 0.136V另外如：另外如： y (Cu 2+/Cu) = 0.34V; y (Zn 2+/Zn) = 0.76V可加入可加入CN-，使生成配合物，使生成配合物Cu(CN)3-， Zn(CN)42- , 其配合物的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比較接近，控制電流密其配合物的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比較接近，控制電流密度、度、CN-的濃度和電解液的溫度即可得到合金黃銅的濃度和電解液的溫度即可得到合金黃銅當(dāng)兩種金屬析出電勢(shì)相同或接近時(shí)，同時(shí)析出為合金當(dāng)兩種金屬析出電勢(shì)相同或接近時(shí)，同時(shí)析出為合金相差相差1V,不能同時(shí)析出不能同時(shí)析出 陰極產(chǎn)品：電鍍、金屬提純、維護(hù)、產(chǎn)品的美化陰極產(chǎn)品：電鍍、金屬提純、維護(hù)、產(chǎn)品的美

23、化包括金屬、塑料和制備包括金屬、塑料和制備 及有機(jī)物的還原產(chǎn)物等及有機(jī)物的還原產(chǎn)物等2H 陽(yáng)極產(chǎn)品：鋁合金的氧化和著色、制備氧氣、陽(yáng)極產(chǎn)品：鋁合金的氧化和著色、制備氧氣、雙氧水、氯氣以及有機(jī)物的氧化產(chǎn)物等。雙氧水、氯氣以及有機(jī)物的氧化產(chǎn)物等。 常見的電解制備有氯堿工業(yè)、由丙烯腈制乙二常見的電解制備有氯堿工業(yè)、由丙烯腈制乙二腈、用硝基苯制苯胺等。腈、用硝基苯制苯胺等。3 3 電解的應(yīng)用電解的應(yīng)用10.4 10.4 金屬的電化學(xué)腐蝕、防腐與金金屬的電化學(xué)腐蝕、防腐與金屬的鈍化屬的鈍化金屬腐蝕分兩類：金屬腐蝕分兩類：（1化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬表面與介質(zhì)如氣體或非電解金屬表面與介質(zhì)如氣體或非電解質(zhì)液體

24、等因發(fā)生化學(xué)作用而引起的腐蝕，稱為化學(xué)質(zhì)液體等因發(fā)生化學(xué)作用而引起的腐蝕，稱為化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕作用進(jìn)行時(shí)無(wú)電流產(chǎn)生。腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕作用進(jìn)行時(shí)無(wú)電流產(chǎn)生。（2電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 金屬表面與介質(zhì)如潮濕空氣或電金屬表面與介質(zhì)如潮濕空氣或電解質(zhì)溶液等，因形成微電池，金屬作為陽(yáng)極發(fā)生氧解質(zhì)溶液等，因形成微電池，金屬作為陽(yáng)極發(fā)生氧化而使金屬發(fā)生腐蝕。這種由于電化學(xué)作用引起的化而使金屬發(fā)生腐蝕。這種由于電化學(xué)作用引起的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。 將含有雜質(zhì)的粗鋅放入稀硫酸中，腐蝕速度比純鋅快既有化學(xué)腐蝕,又有電化學(xué)腐蝕Zn雜質(zhì)2H (氣泡）24H SO1 1 金屬的電化學(xué)腐蝕金屬的電化學(xué)腐

25、蝕銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？ 暴露在空氣中，表面暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤(rùn)，被潮濕空氣或雨水浸潤(rùn)，空氣中的空氣中的 和海邊和海邊空氣中的空氣中的NaClNaCl溶解其中，溶解其中，形成電解質(zhì)溶液，這樣組形成電解質(zhì)溶液，這樣組成了原電池成了原電池22CO ,SO銅作陰極，鐵作陽(yáng)極銅作陰極，鐵作陽(yáng)極所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。CuCuFe+H+H- -2e2e2H O2H O2CO2SO2O2O2+Fe電化學(xué)腐蝕示意圖電化學(xué)腐蝕示意圖22H H O或鐵銹的組成鐵銹的組成鐵在酸性介質(zhì)中只能氧化成二價(jià)鐵：鐵在酸性介質(zhì)中只能氧化成

26、二價(jià)鐵：2+Fe(s)Fe2e 二價(jià)鐵被空氣中的氧氣氧化成三價(jià)鐵，三價(jià)鐵在二價(jià)鐵被空氣中的氧氣氧化成三價(jià)鐵，三價(jià)鐵在水溶液中生成水溶液中生成 沉淀，沉淀， 又可能部分又可能部分失水生成失水生成 3Fe(OH)3Fe(OH)23Fe O 所以鐵銹是一個(gè)由所以鐵銹是一個(gè)由 等等化合物組成的疏松的混雜物質(zhì)?；衔锝M成的疏松的混雜物質(zhì)。2+3+323Fe ,Fe ,Fe(OH) ,Fe O腐蝕時(shí)陰極上的反應(yīng)腐蝕時(shí)陰極上的反應(yīng)(1)析氫腐蝕析氫腐蝕酸性介質(zhì)中酸性介質(zhì)中 在陰極上還原成氫氣析出。在陰極上還原成氫氣析出。+H2+H+22H12HeH (g) (H |H )lnaRTFa 設(shè)設(shè) +27HH1,

27、 10aa+2(H |H )0.413 V鐵陽(yáng)極氧化，當(dāng)鐵陽(yáng)極氧化，當(dāng) 時(shí)認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生腐蝕，時(shí)認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生腐蝕，2+6(Fe )10a2+2+61(Fe |Fe)(Fe |Fe)ln100.617VRTzF這時(shí)組成原電池的電動(dòng)勢(shì)為這時(shí)組成原電池的電動(dòng)勢(shì)為，是自發(fā)電池。，是自發(fā)電池。0.204V 如果既有酸性介質(zhì)，又有氧氣存在，在陰極上發(fā)如果既有酸性介質(zhì)，又有氧氣存在，在陰極上發(fā)生消耗氧的還原反應(yīng)：生消耗氧的還原反應(yīng)： 這時(shí)與這時(shí)與 (-0.617V) (-0.617V)陽(yáng)極組成原電池的電動(dòng)陽(yáng)極組成原電池的電動(dòng)勢(shì)為勢(shì)為2+(Fe |Fe)E1.433 V（2 2吸氧腐蝕吸氧腐蝕+2+2O27H

28、1, 10 , (O |H O,H )0.816Vaa設(shè)則 +22O (g)+4H4e2H O1.229 V+2+224OH1(O |H O,H )ln4RTFa a顯然吸氧腐蝕比析氫腐蝕嚴(yán)重得多。顯然吸氧腐蝕比析氫腐蝕嚴(yán)重得多。2 2、金屬的防腐、金屬的防腐（1 1非金屬防腐非金屬防腐 在金屬表面涂上油漆、搪瓷、在金屬表面涂上油漆、搪瓷、塑料、瀝青等，將金屬與腐蝕介質(zhì)隔開。塑料、瀝青等，將金屬與腐蝕介質(zhì)隔開。（2 2金屬保護(hù)層金屬保護(hù)層 在需保護(hù)的金屬表面用電鍍或在需保護(hù)的金屬表面用電鍍或化學(xué)鍍的方法鍍上化學(xué)鍍的方法鍍上AuAu，AgAg，NiNi，CrCr，ZnZn，SnSn等金屬，等金屬

29、，保護(hù)內(nèi)層不被腐蝕。保護(hù)內(nèi)層不被腐蝕。（3 3電化學(xué)保護(hù)電化學(xué)保護(hù) 1 1保護(hù)器保護(hù)保護(hù)器保護(hù) 將被保護(hù)的金屬如鐵作陰極，較將被保護(hù)的金屬如鐵作陰極，較活潑的金屬如活潑的金屬如ZnZn作犧牲性陽(yáng)極。陽(yáng)極腐蝕后定期更換。作犧牲性陽(yáng)極。陽(yáng)極腐蝕后定期更換。 2 2陰極電保護(hù)陰極電保護(hù) 外加電源組成一個(gè)電解池，將被外加電源組成一個(gè)電解池，將被保護(hù)金屬作陰極，廢金屬作陽(yáng)極。保護(hù)金屬作陰極，廢金屬作陽(yáng)極。3 3陽(yáng)極電保護(hù)陽(yáng)極電保護(hù) 用外電源，將被保護(hù)金屬接陽(yáng)極，用外電源，將被保護(hù)金屬接陽(yáng)極，在一定的介質(zhì)和外電壓作用下，使陽(yáng)極鈍化。在一定的介質(zhì)和外電壓作用下，使陽(yáng)極鈍化。（4 4加緩蝕劑加緩蝕劑 在可能組

30、成原電池的系統(tǒng)中加緩在可能組成原電池的系統(tǒng)中加緩蝕劑，改變介質(zhì)的性質(zhì)，降低腐蝕速度。蝕劑，改變介質(zhì)的性質(zhì)，降低腐蝕速度。（5 5制成耐蝕合金制成耐蝕合金 在煉制金屬時(shí)加入其它組分，在煉制金屬時(shí)加入其它組分，提高耐蝕能力。如在煉鋼時(shí)加入提高耐蝕能力。如在煉鋼時(shí)加入MnMn，CrCr等元素制成不等元素制成不銹鋼。銹鋼。ABEFCD活化區(qū)活化區(qū)鈍化區(qū)鈍化區(qū)過鈍化區(qū)過鈍化區(qū)lg jEjBj4、金屬的鈍化、金屬的鈍化10.5 10.5 化學(xué)電源化學(xué)電源化學(xué)電源分類化學(xué)電源分類一次電池一次電池 電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次電化學(xué)反應(yīng)放電之電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次電化學(xué)反應(yīng)放電之后，就不能再次利用，如干電池、紐

31、扣電池。后，就不能再次利用，如干電池、紐扣電池。這種電池造成嚴(yán)重的材料浪費(fèi)和環(huán)境污染。這種電池造成嚴(yán)重的材料浪費(fèi)和環(huán)境污染。金屬封頂蓋金屬封頂蓋封口紙封口紙頸圈紙頸圈紙金屬外殼金屬外殼絕緣紙筒絕緣紙筒電芯紙托電芯紙托底紙底紙金屬底板（）金屬底板（）鋅筒鋅筒電解液電解液NH4Cl ，水，水ZnCl2 ，淀粉，淀粉 電芯電芯 MnO2 ， C， NH4Cl ，水，水 (+)碳電極碳電極一次電池結(jié)構(gòu)示意圖一次電池結(jié)構(gòu)示意圖燃料電池燃料電池 又稱為連續(xù)電池又稱為連續(xù)電池以氧氣作為正極反應(yīng)物質(zhì)組成燃料電池。以氧氣作為正極反應(yīng)物質(zhì)組成燃料電池。 一般以天然燃料或其它可燃物質(zhì)如氫氣、甲醇、一般以天然燃料或其

32、它可燃物質(zhì)如氫氣、甲醇、天然氣、煤氣等作為負(fù)極的反應(yīng)物質(zhì)天然氣、煤氣等作為負(fù)極的反應(yīng)物質(zhì)氫氧燃料電池氫氧燃料電池H2 ( pH2) | H+ 或或 OH- (aq) | O2 ( pO2)氧電極：氧電極：O2+4H+4e - 2H2O氫電極：氫電極：2H2( pH2) 4H+ + 4e - 凈反應(yīng)：凈反應(yīng)：2H2( pH2) + O2 = 2H2O 在在pH 114范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì) 1.229 V 2H多孔電極多孔電極離子交換膜離子交換膜+e+224H4e +O2H O+2H2H2e2O2H O氫氧燃料電池示意圖氫氧燃料電池示意圖燃料電池的優(yōu)點(diǎn)：燃料電池的優(yōu)點(diǎn)： 1。高效。

33、高效 化學(xué)能化學(xué)能 熱能熱能 機(jī)械能機(jī)械能 化學(xué)能化學(xué)能 電能電能 機(jī)械能機(jī)械能 80% 2。環(huán)境友好。環(huán)境友好 不排放有毒的酸性氧化物，不排放有毒的酸性氧化物，CO2比熱電廠少比熱電廠少40%， 3。重量輕，比能量高；。重量輕，比能量高； 用于航天事業(yè)，汽車工業(yè)，應(yīng)急電源等。是用于航天事業(yè)，汽車工業(yè)，應(yīng)急電源等。是21世紀(jì)首選的清潔能源。世紀(jì)首選的清潔能源。 產(chǎn)物水可利用，無(wú)噪音；產(chǎn)物水可利用，無(wú)噪音； 4。穩(wěn)定性好，可連續(xù)工作，可積木式組裝，可移動(dòng)。穩(wěn)定性好，可連續(xù)工作，可積木式組裝，可移動(dòng) 氫氧燃料電池的難點(diǎn)：氫氧燃料電池的難點(diǎn)：氫氣的儲(chǔ)存氫氣的儲(chǔ)存液氫要求高壓、低溫，有危險(xiǎn)性液氫要求高壓、低溫，有危險(xiǎn)性鋼瓶?jī)?chǔ)氫，可使用氫氣只占鋼瓶質(zhì)量的鋼瓶?jī)?chǔ)氫，可使用氫氣只占鋼瓶質(zhì)量的1%1%，同樣有危險(xiǎn)性，同樣有危險(xiǎn)性研制儲(chǔ)氫金屬和其他儲(chǔ)氫材料研制儲(chǔ)氫金屬和其他儲(chǔ)氫材料研制用太陽(yáng)能制備氫氣研制用太陽(yáng)能制備氫氣蓄電池蓄電池又稱為二次電池，可充電電池又稱為二次電池，可充電電池 。 這種電池