電化學(xué)金屬材料腐蝕課件

第七章電化學(xué)金屬材料腐蝕第七章電化學(xué)金屬材料腐蝕復(fù)習提問1.命名下列配合物。K[PtCl3NH3]，[Co(NH3)5H2O]Cl3，

[Pt(NH2)(NO2)(NH3)2]

2.舉例說明何謂原電池？3.寫出標態(tài)摩爾Gibbs函數(shù)變與電動勢的關(guān)系。4.寫出下列反應(yīng)的Nernst方程Cu2+(aq)+2e=Cu(s)Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)

+

Cu(s)復(fù)習提問1.命名下列配合物。7.2.2影響電極電勢的因素2.酸度對電極電勢的影響例7-5如下反應(yīng)2MnO4-(aq)+10Cl-(aq)+16H+(aq)=2Mn2+(aq)+5Cl2(g)+8H2O

(l)當c(H+)=0.100mol/L,其它物質(zhì)處于標態(tài)時，其電動勢為多少？解法一：先計算電極電勢查表Eθ(MnO4-/Mn2+)=1.507V;Eθ(Cl2/Cl-)=1.35827V正極：MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e=Mn2+(aq)+4H2O

(l)負極：2Cl-(aq)－2e=Cl2(g)根據(jù)電極反應(yīng)Nernst公式得E(MnO4-/Mn2+)=1.507V－(0.05917V/5)lg(1/0.10008)=1.412VE(Cl2/Cl-)=Eθ(Cl2/Cl-)=1.35827VE=E(MnO4-/Mn2+)－E(Cl2/Cl-)=0.054V7.2.2影響電極電勢的因素2.酸度對電極電勢的影響例7-7.3電極電勢的應(yīng)用7.3.1比較氧化劑和還原劑的相對強弱電極電勢的代數(shù)值的大小反映了電對中氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)在水溶液中氧化還原能力的相對強弱。氧化還原電對的電極電勢代數(shù)值大，則氧化態(tài)物質(zhì)越易得電子，是越強的氧化劑，其對應(yīng)的還原態(tài)就越難失去電子，是越強的還原劑。如：Eθ(Br2/Br-)>Eθ(Fe3+/Fe2+)>Eθ(I2/I-)氧化性：在標準狀態(tài)下，Br2>Fe3+>I2還原性：在標準狀態(tài)下，I->Fe2+>Br-7.3電極電勢的應(yīng)用7.3.1比較氧化劑和還原劑的相對強弱7.3電極電勢的應(yīng)用例7-6下列電對在標態(tài)時的氧化性強弱順序如何？若在pH=3時其氧化性強弱順序又如何？

Eθ(MnO4-/Mn2+)=1.507V;Eθ(Cl2/Cl-)=1.35827V解:(1)標態(tài)時，Eθ(MnO4-/Mn2+)>Eθ(Cl2/Cl-)氧化能力：MnO4->Cl2(2)pH=3時，c(H+)=1.00×10-3mol/l電極反應(yīng)：MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e=Mn2+(aq)+4H2O

(l)根據(jù)電極反應(yīng)Nernst公式得E(MnO4-/Mn2+)=1.507V－(0.05917V/5)lg(1/0.0010008)=1.223VE(Cl2/Cl-)=Eθ(Cl2/Cl-)=1.35827V此時，MnO4-氧化能力小于Cl27.3電極電勢的應(yīng)用例7-6下列電對在標態(tài)時的氧化性強弱7.3電極電勢的應(yīng)用7.3.2判斷氧化還原反應(yīng)進行的方向由rGm=－nEF,得E>0反應(yīng)自發(fā)正向進行;E<0反應(yīng)自發(fā)逆向進行;E=0應(yīng)達到化學(xué)平衡.恒溫，化學(xué)反應(yīng)的方向

rGm來判斷:

rGm<0 反應(yīng)自發(fā)正向進行;

rGm>0 反應(yīng)自發(fā)逆向進行;

rGm=0 反應(yīng)達到化學(xué)平衡.又：E=E(+)-E(-)E(+)>E(-)E(+)<E(-)E(+)=E(-)7.3電極電勢的應(yīng)用7.3.2判斷氧化還原反應(yīng)進行的方向7.3電極電勢的應(yīng)用例7-7判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進行？2MnO4-(aq)+10Cl-(aq)+16H+(aq)=2Mn2+(aq)+5Cl2(g)+8H2O

(l)(1)標準態(tài)時；(2)c(H+)=0.100mol/L,其它物質(zhì)處于標態(tài)時;(3)當pH=3,其它物質(zhì)處于標態(tài);。已知：Eθ(MnO4-/Mn2+)=1.507V;Eθ(Cl2/Cl-)=1.35827V解:(1)標態(tài)時，Eθ=Eθ(MnO4-/Mn2+)-Eθ(Cl2/Cl-)>0正反應(yīng)自發(fā)(2)c(H+)=0.100mol/L,其它物質(zhì)處于標態(tài)時根據(jù)電極反應(yīng)Nernst公式得E(MnO4-/Mn2+)=1.507V－(0.05917V/5)lg(1/0.10008)=1.412VE(Cl2/Cl-)=Eθ(Cl2/Cl-)=1.35827VE=E(MnO4-/Mn2+)－E(Cl2/Cl-)=0.054V>0正反應(yīng)自發(fā)(3)pH=3時，c(H+)=1.00×10-3mol/lE=E(MnO4-/Mn2+)－E(Cl2/Cl-)=1.233V-1.358V<0正反應(yīng)非自發(fā)7.3電極電勢的應(yīng)用例7-7判斷下列反應(yīng)能否自發(fā)進行？解7.3電極電勢的應(yīng)用7.3.3判斷氧化還原反應(yīng)進行的程度由△rGm?=－zFE?

及

△rGm?=－RTlnK?

將上兩式整理得：

zFE?

=RTlnK?

lnK?=zFE?

/RTlnK?=zE?

/0.05917V=z[E?(+)－E?(-)]

/0.05917V可見，平衡常數(shù)與物種的濃度無關(guān)，只與反應(yīng)中得失電子數(shù)及標準電動勢有關(guān)。7.3電極電勢的應(yīng)用7.3.3判斷氧化還原反應(yīng)進行的程度7.3電極電勢的應(yīng)用例7-9試判斷在298.15K時，反應(yīng)Pb2+(aq)+Sn(s)=Pb(s)+Sn2+(aq)進行的程度；如反應(yīng)開始時，c(Pb2+)=2.0mol/L,平衡時c(Pb2+)和c(Sn2+)各為多少？解：(1)查表Eθ(Pb2+/Pb)=－0.1262V;Eθ(Sn2+/Sn)=－0.1375VEθ=Eθ(Pb2+/Pb）－Eθ(Sn2+/Sn)

＝(－0.1262V)－(－0.1375V)=0.0113V平衡常數(shù)較小，反應(yīng)進行不完全。7.3電極電勢的應(yīng)用例7-9試判斷在298.15K時，反(2)設(shè)平衡時c(Sn2+)＝xmol/L例7-9試判斷在298.15K時，反應(yīng)Pb2+(aq)+Sn(s)=Pb(s)+Sn2+(aq)進行的程度；如反應(yīng)開始時，c(Pb2+)=2.0mol/L,平衡時c(Pb2+)和c(Sn2+)各為多少？Pb2+(aq)+Sn(s)=Pb(s)+Sn2+(aq)平衡濃度/mol/L2.0-xxKθ=x/2.0-x=2.409x=1.4mol/L即，平衡時c(Sn2+)為1.4mol/L;c(Pb2+)為0.6mol/L可見，平衡時c(Pb2+)仍然較大。(2)設(shè)平衡時c(Sn2+)＝xmol/L例7-9試判斷在7.4化學(xué)電源7.4.1.干電池（1）鋅錳干電池

負極：鋅片（鋅皮）正極：MnO2、石墨棒（碳棒）電解質(zhì)：NH4Cl、ZnCl2、淀粉電極反應(yīng)負極：Zn-2e-=Zn2+

正極：MnO2+2NH4++2e-→Mn2O3+2NH3↑+H2O總反應(yīng)：Zn+MnO2+2NH4+→Zn2++Mn2O3+2NH3↑+H2電池符號Zn│ZnCl2、NH4Cl│MnO2，C7.4化學(xué)電源7.4.1.干電池負極：鋅片（鋅皮）電

（2）鋅汞電池

負極：Zn（汞齊）正極：HgO、碳粉電解質(zhì)：飽和ZnO、KOH糊狀物

電極反應(yīng)負極：Zn(汞齊)+2OH-→ZnO+H2O+2e-

正極：HgO+H2O+2e-→Hg+2OH-

總反應(yīng)：Zn(汞齊)+HgO→ZnO+Hg

電池符號：Zn(汞齊)│KOH(糊狀，含飽和ZnO)│HgO（C）電壓：1.34v

堿性鋅錳電池：

Zn│ZnCl2、KOH│MnO2，C電壓：1.5v

Zn+2MnO2+2H2O+2OH-→Zn(OH)2-4+2MnO(OH)（2）鋅汞電池負極：Zn（汞齊）電極反7.4.2.蓄電池(1)鉛蓄電池

7.4.2.蓄電池(1)鉛蓄電池鉛蓄電池的放電過程：負極：Pb+SO42-===

PbSO4+2e-正極：PbO2+SO42-+4H++2e-==PbSO4+2H2O電池總反應(yīng)：Pb+PbO2+2SO42-+4H+===2PbSO4+2H2O鉛蓄電池的充電過程：陰極：PbSO4+2e-

＝Pb+SO42-陽極：PbSO4+2H2O＝PbO2+SO42-+4H++2e-

電池總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O＝Pb+PbO2+2SO42-+4H+鉛蓄電池的放電過程：負極：Pb+SO42-===PbSO放電充電2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4充電、放電反應(yīng)可寫為：鉛蓄電池的性能和用途：

鉛酸性蓄電池的電動勢2.1V，可逆性好，穩(wěn)定，放電電流大，價廉，笨重。常用作汽車的啟動電源，坑道、礦山和潛艇的動力電源，以用變電站的備用電源。放電充電2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+

(2)堿性蓄電池（日常生活中使用的充電電池）

Cd—Ni電池Cd│KOH(20%)│NiO(OH)

電池反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2

Fe—Ni電池Fe│KOH(30%)│NiO(OH)

電池反應(yīng)：Fe+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Fe(OH)2（3）金屬氫化物鎳電池（MH——Ni電池）

負極：儲氫合金（金屬氫化物），如：LaNi2.5Co2.5

正極：Ni

電解質(zhì)：KOH

電池符號：MH│KOH│NiO(OH)

電池反應(yīng)：NiO(OH)+MH===Ni(OH)2+M(2)堿性蓄電池（日常生活中使用的充電電池）

7.4.3.新型燃料電池和高能電池

(1)燃料電池還原劑（燃料）：H2

聯(lián)氨（NH2-NH2）CH3OHCH4

——負極氧化劑：O2

空氣——正極電極材料：多孔碳、多孔鎳，PtPdAg等貴金屬（催化劑）電解質(zhì)：堿性、酸性、固體電解質(zhì)、高分子等7.4.3.新型燃料電池和高能電池(1)燃料

負極（燃料極）——多孔碳或多孔鎳（吸附H2）正極（空氣極）——多孔性銀或碳電極（吸附O2）電解液——30%KOH溶液，置于正負極之間。電池符號：（C）Ni│H2│KOH(30%)│O2│Ag(C)

電池反應(yīng)：負極2H2+4OH-=4H2O+4e-

（氧化）正極O2+2H2O+4e-=4OH-

（還原）總反應(yīng)2H2+O2=2H2O

電動勢：1.229v堿性氫—氧燃料電池負極（燃料極）——多孔碳或多孔鎳（吸附H2）堿性氫—氧燃堿性氫—氧燃料電池結(jié)構(gòu)堿性氫—氧燃料電池結(jié)構(gòu)

(2)高能電池

——具有高“比能量”和高“比功率”的電池比能量、比功率——按電池的單位質(zhì)量或單位體積計算的電池所能提供的電能和功率。(2)高能電池

——具有高“比能量”和高“比1)鋰電池Li—MnO2非水電解質(zhì)電池：負極——片狀金屬Li正極——MnO2

電解質(zhì)——LiClO4+混合有機溶劑（碳酸丙烯脂+二甲氧基乙烷）隔膜——聚丙烯電池符號：Li│LiClO4│MnO2│C

電池反應(yīng)：負極Li=Li++e-

正極MnO2+Li++e-=LiMnO2

總反應(yīng)Li+MnO2=LiMnO2電池的電動勢：2.69v

Eθ(Li+/Li)=-3.04v1)鋰電池Li—MnO2非水電解質(zhì)電池：Eθ(2）鎳氫電池（高壓鎳氫電池）

正極：Ni電極NiO（OH）+H2O+e-==Ni(OH)2+OH-

負極：氫電極1/2H2+OH-==H2O+e-

總反應(yīng)：1/2H2+NiO(OH)==Ni(OH)2

電解質(zhì)：KOH電池內(nèi)氫氣的壓力：0.3~4MPa2）鎳氫電池（高壓鎳氫電池）7.5金屬材料的腐蝕和防腐金屬腐蝕的分類：（1）化學(xué)腐蝕金屬表面與介質(zhì)如氣體或非電解質(zhì)溶液等因發(fā)生化學(xué)作用而引起的腐蝕，稱作化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕作用進行時沒有電流產(chǎn)生。如將鐵塊放入稀硫酸中，

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。ZnHCl7.5金屬材料的腐蝕和防腐金屬腐蝕的分類：（1）化學(xué)腐蝕（2）電化學(xué)腐蝕金屬表面在介質(zhì)如潮濕空氣、電解質(zhì)溶液等中，因形成微電池而發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕稱作電化學(xué)腐蝕。ZnPtHClelectrons（2）電化學(xué)腐蝕金屬表面在介質(zhì)如潮濕空氣、電解質(zhì)溶液等中析氫腐蝕與吸氧腐蝕如右圖所示，空氣中的CO2，SO2等可溶解在水中形成電解質(zhì)溶液，從而形成了原電池。其中鐵是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)；銅是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)。負極：FeFe2++2e（Fe被腐蝕）正極：（析氫腐蝕）2H＋＋2eH2（吸氧腐蝕）1/2O2＋2H＋