《Chaper电化学基础与金属腐蚀实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Chaper电化学基础与金属腐蚀实用教案（144页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1. 1. 了解电极电势的概念了解电极电势的概念(ginin)(ginin)和能斯特方程。和能斯特方程。2. 2. 能应用电极电势的数据判断氧化剂和还原剂的相对强弱，以及氧化还原反应进行的方向。能应用电极电势的数据判断氧化剂和还原剂的相对强弱，以及氧化还原反应进行的方向。3. 3. 了解摩尔吉布斯函数变了解摩尔吉布斯函数变GG与原电池电动势的关系。与原电池电动势的关系。4. 4. 了解电池、电解等在工程实际中的应用。了解电池、电解等在工程实际中的应用。目的(md)要求第1页/共143页第一页，共144页。电化学主要电化学主要(zhyo)(zhyo)是研究电能和化学能之间是研究电能和化学能之间的
2、相互转化及转化过程中有关规律的科学。的相互转化及转化过程中有关规律的科学。（传统电化学的定义）（传统电化学的定义） 电化学研究电化学研究(ynji)对象对象电能化学能电解电池第2页/共143页第二页，共144页。电化学的应用电化学的应用(yngyng)应用应用(yngyng)电化学电化学电解：电合成电解：电合成(hchng)(hchng)无机物和有机物；精炼和冶炼有色金属和稀有金属无机物和有机物；精炼和冶炼有色金属和稀有金属等。等。电源：汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生化和医学等方面都要用不同类型的电源：汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生化和医学等方面都要用不同类型的化学电源。化学电源。电化学分离技
3、术：例如电渗析、电凝聚、电浮离等应用于工业生产或废水处电化学分离技术：例如电渗析、电凝聚、电浮离等应用于工业生产或废水处理；理；第3页/共143页第三页，共144页。金属腐蚀和防护的研究：采取有效的保护措施，例如电化学保护、缓蚀金属腐蚀和防护的研究：采取有效的保护措施，例如电化学保护、缓蚀剂；剂；表面精饰：包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆等；表面精饰：包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆等；电解加工：包括电成型电解加工：包括电成型( (电铸电铸) )、电切削、电抛磨；、电切削、电抛磨；电分析方法：在工农业、环境保护、医药卫生等方面电分析方法：在工农业、环境保护、医药卫生等方面(fngmin)(fngmin
4、)的应用。的应用。第4页/共143页第四页，共144页。6.1 氧化还原(hun yun)反应与氧化还原(hun yun)平衡氧化氧化(ynghu)：物质失去电子的作用，：物质失去电子的作用，Zn = Zn2+2e-还原：物质获得电子的作用，还原：物质获得电子的作用，Cu2+2e- = Cu氧化氧化(ynghu)还原：还原：Zn+Cu2+ = Zn2+Cu有电子得失有电子得失-氧化氧化(ynghu)还原反应。还原反应。化学反应(huxu fnyng) 无电子转移(中和、沉淀)有电子转移(氧化还原)一般氧化还原反应电化学氧化还原共用电子对偏移的氧化还原反应：H2(g)+Cl2(g) = 2HCl
5、(g)第5页/共143页第五页，共144页。a. 一般氧化还原化学反应b. 电化学氧化还原反应A BA BA AB B+ +B BA AA AB B+ +A AB BA BA B电子导体电子导体e e氧化还原平衡满足(mnz)一般化学反应的平衡与移动规律。第6页/共143页第六页，共144页。6.2 原电池与电极电势6.2.1 基本概念6.2.2 原电池6.2.3 电极(dinj)电势6.2.4 能斯特方程6.2.5 电极(dinj)电势的应用6.2.6 不可逆电极(dinj)的反应过程6.2.7 极化和超电势第7页/共143页第七页，共144页。6.2.1 基本概念电子导体：荷电粒子是电子或
6、电子空穴，它既包括普通的金属导体电子导体：荷电粒子是电子或电子空穴，它既包括普通的金属导体也包括半导体。也包括半导体。离子导体：荷电粒子是离子，例如离子导体：荷电粒子是离子，例如(lr)，电解质溶液或溶融盐。，电解质溶液或溶融盐。两类导体(dot)（第一类导体(dot)）（第二类导体）第8页/共143页第八页，共144页。(1)(1)电子导体电子导体(dot)(dot)的特点的特点A.自由电子或电子空穴作定向自由电子或电子空穴作定向(dn xin)移动而导电移动而导电B.导电过程中导体本身不发生变化导电过程中导体本身不发生变化C.温度升高，电阻也升高温度升高，电阻也升高D.导电总量全部由电子承
7、担导电总量全部由电子承担第9页/共143页第九页，共144页。(2) 离子导体离子导体(dot)的特点的特点A.正、负离子作反向移动而导电正、负离子作反向移动而导电B.导电过程中有化学反应发生导电过程中有化学反应发生(fshng)C.温度升高，电阻下降温度升高，电阻下降D.导电总量分别由正、负离子分担导电总量分别由正、负离子分担第10页/共143页第十页，共144页。（3 3）电极）电极(dinj)(dinj)系统定义系统定义 如果系统由两个相组成，一个相是电子导体，叫做电子导体相，另一个相是离如果系统由两个相组成，一个相是电子导体，叫做电子导体相，另一个相是离子导体，叫做离子导体相，且有电荷
8、通过它们互相接触的界面，即有电荷在这子导体，叫做离子导体相，且有电荷通过它们互相接触的界面，即有电荷在这两个相之间转移，这个系统就叫做电极两个相之间转移，这个系统就叫做电极(dinj)系统。系统。 电极电极(dinj)系统通常是由金属与电解质溶液构成。系统通常是由金属与电解质溶液构成。CuCuSO4第11页/共143页第十一页，共144页。（4）电极）电极(dinj)系统的主要特点系统的主要特点 伴随伴随(bn su)着电荷在两个不同的导体相之间转移，不可避免地同时会在两着电荷在两个不同的导体相之间转移，不可避免地同时会在两相的界面上发生物质的变化相的界面上发生物质的变化由一种物质变为另一种物
9、质，即化学变化。由一种物质变为另一种物质，即化学变化。 Cu(M) Cu2+ + 2e(M)第12页/共143页第十二页，共144页。（5）常见）常见(chn jin)的几类电极系统的几类电极系统一块一块(y kui)金属铜浸在清除了氧的金属铜浸在清除了氧的CuSO4的水溶液中的水溶液中:一块一块(y kui)表面上附有表面上附有AgCl晶体层的银片浸在晶体层的银片浸在NaCl的水溶液中：的水溶液中：Cu(M) Cu2+ + 2e(M)Ag(M)+ Cl-(sol) AgCl(M) + e(M)第一类金属电极第二类金属电极第13页/共143页第十三页，共144页。一块铂片浸在一块铂片浸在H2气
10、氛下的气氛下的HCl溶液中：溶液中：一块铂片浸在含有一块铂片浸在含有(hn yu)铁离子铁离子(Fe3+)和亚铁离子和亚铁离子(Fe2+)的水溶的水溶液中：液中：1/2H2 (g) H+(sol) + e(M)Fe2+ (sol) Fe3+(sol) + e(M)气体(qt)电极氧化(ynghu)还原电极第14页/共143页第十四页，共144页。（1）原电池的组成）原电池的组成(z chn)Cu-Zn原电池Zn-氢电极(dinj) 原电池6.2.2 6.2.2 原电池原电池原电池：一种将化学能直接原电池：一种将化学能直接(zhji)转化为电能的装转化为电能的装置。包括化学电池与浓差电池。置。包
11、括化学电池与浓差电池。第15页/共143页第十五页，共144页。负极：Zn Zn2+ + 2e-正极(zhngj)：Cu2+ + 2e- Cu总反应：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu第16页/共143页第十六页，共144页。正极：电势较高的电极，电流流出，如Cu-Zn原电池中的Cu电极。负极：电势较低的电极，电流流入，如Cu-Zn原电池中的Zn电极。盐桥：连接电解质溶液的装置电解质：实现电流在系统内部的传送。氧化还原反应：在电极界面上实现电子(dinz)的得失，实现电流在两相之间的传送。第17页/共143页第十七页，共144页。根据电极上进行根据电极上进行(jnxng)反应的类型不同
12、分为：反应的类型不同分为：阳极：电极上发生氧化反应的电极，该反应又叫阳极反应；阳极：电极上发生氧化反应的电极，该反应又叫阳极反应；阴极：电极上发生还原反应的电极，该反应又叫阴极反应；阴极：电极上发生还原反应的电极，该反应又叫阴极反应；所以，原电池中正极上发生还原反应，所以又叫所以，原电池中正极上发生还原反应，所以又叫“阴极阴极”；负极上发生氧化反；负极上发生氧化反应，所以又叫应，所以又叫“阳极阳极”。第18页/共143页第十八页，共144页。（2）原电池的半反应）原电池的半反应(fnyng)和图式和图式原电池中所进行的氧化还原反应是分别在两个原电池中所进行的氧化还原反应是分别在两个(lin )
13、电极上发生的，每电极上发生的，每个电极上进行或氧化或还原的反应。个电极上进行或氧化或还原的反应。在上述铜锌原电池中：负极上发生(fshng)氧化反应 Zn(s) Zn2+(aq) + 2e正极上发生(fshng)还原反应 Cu2+(aq) + 2e Cu(s)总反应 Zn(s) Cu2+(aq) Zn2+(aq) Cu(s)第19页/共143页第十九页，共144页。电极反应电极反应(fnyng)：电极界面上发生的反应：电极界面上发生的反应(fnyng)。原电池的半反应原电池的半反应(fnyng)：原电池任意一个电极上的反应：原电池任意一个电极上的反应(fnyng)，为氧，为氧化或还原反应化或还
14、原反应(fnyng)。原电池半反应原电池半反应(fnyng)的通式：的通式：Ox + ne Re氧化态和相应(xingyng)的还原态物质能用来组成电对，通常称为氧化还原电对。如Zn2+ /Zn, Cu2+ /Cu, Ag+ /Ag，Fe3+/Fe2+等第20页/共143页第二十页，共144页。原电池的图式原电池的图式(t sh)（书面表示法）（书面表示法）(1) 左边为负极；右边为正极。左边为负极；右边为正极。(2)“|”表示相界面，有电势差存在。表示相界面，有电势差存在。(3)“”表示盐桥，使液接电势降到可忽略不计。表示盐桥，使液接电势降到可忽略不计。(4) 要注明温度，不注明就是要注明温
15、度，不注明就是(jish)298.15 K；要注明物态，气体要注明压力；溶液要注明浓度。要注明物态，气体要注明压力；溶液要注明浓度。(5) 气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极，气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极，通常是铂电极。如通常是铂电极。如Pt, H2(1atm)|H+(1mol/L)Cu-Zn原电池的图示(-) ZnZnSO4(c1) CuSO4(c2) Cu (+)从左到右按电极(dinj)反应的物质顺序书写！第21页/共143页第二十一页，共144页。（3）原电池热力学）原电池热力学原电池反应的原电池反应的 r Gm与电动势与电动势E的关系的关系原电池的电动势：在没有
16、原电池的电动势：在没有(mi yu)外电流的条件下，外电流的条件下，原电池两个电极间的电势差。原电池两个电极间的电势差。这里的原电池为可逆电池，所以电动势是指可逆电池这里的原电池为可逆电池，所以电动势是指可逆电池的电动势。的电动势。研究可逆电池研究可逆电池可以揭示原电池将化学能转化为电能可以揭示原电池将化学能转化为电能的最大限度；的最大限度；可利用可逆电池来研究电化学反应的可利用可逆电池来研究电化学反应的平衡规律。平衡规律。第22页/共143页第二十二页，共144页。电动势为E的原电池(dinch)(其电池(dinch)反应热力学可逆)aA(aq) + bB(aq) gG(aq) + dD(a
17、q) r Gm = wmax =QE= -nFE即如果(rgu)在标准状态下： r Gm = -nFEE原电池在标准状态下的电动势，简称(jinchng)标准电动势。根据热力学第一定律：如果在能量转变过程中，化学能全部转变为电功而无其它能量损失，则在恒温定压条件下，摩尔吉布斯函数变 r rGm等于原电池可等于原电池可能做的最大电功能做的最大电功。第23页/共143页第二十三页，共144页。标准状态下，上述反应如果标准状态下，上述反应如果(rgu)对环境做非体积功，则进行对环境做非体积功，则进行1mol反应时最大反应时最大的非体积功为：的非体积功为： Zn(s) + Cu2+(aq) = Zn2
18、+(aq) + Cu(s) fGm(298.15K) 0 65.52 -147.03 0 kJ mol-1rGm(298.15K) -212.55 kJ mol-1wmax = rGm = -212.55 kJ原电池就是实现上述转化(zhunhu)的装置！注意：这里的原电池为理想电池！第24页/共143页第二十四页，共144页。上式为电动势的能斯特方程上式为电动势的能斯特方程(fngchng)rGm = rGm + RTln c(G)/cgc(D)/cdc(A)/cac(B)/cbE = E - ln nFRTc(G)/cgc(D)/cdc(A)/cac(B)/cb根据(gnj)热力学等温方程
19、：将桥梁(qioling)公式代入：第25页/共143页第二十五页，共144页。电池电池(dinch)(dinch)反应反应KK与与E E 关系关系-RT ln K= rGm r Gm = -nFE所以(suy)ln K= nFE/ (RT)lg K= nE/ (0.05917V)T=298.15K电动势可以(ky)精确测量，从而得到K。第26页/共143页第二十六页，共144页。6.2.3 电极电势 将两个半电池用盐桥和导线连接，组成将两个半电池用盐桥和导线连接，组成(z chn)原电池，导线上会原电池，导线上会有电流流动。说明两个电极的电势不相等，存在电势差。原电池两极间有电势有电流流动。
20、说明两个电极的电势不相等，存在电势差。原电池两极间有电势差存在，表明每个电极均有一个电极电势。差存在，表明每个电极均有一个电极电势。 电极电势是如何产生的？以电极电势是如何产生的？以Zn浸入浸入ZnSO4溶液为例说明。溶液为例说明。1)1)电极电势的产生电极电势的产生(chnshng)(chnshng)第27页/共143页第二十七页，共144页。 在金属在金属/溶液界面溶液界面(jimin)上，对锌离子存在着矛盾着的两个作用。上，对锌离子存在着矛盾着的两个作用。金属晶格中自由电子对锌离子的静电引力。金属晶格中自由电子对锌离子的静电引力。极性水分子对锌离子的水化作用。极性水分子对锌离子的水化作用
21、。 实验表明，对实验表明，对Zn/ZnSO4体系，水化作用占主导，并最终建立起平衡：体系，水化作用占主导，并最终建立起平衡：Zn2+2e-+ nH2O Zn(H2O)n2+2e-第28页/共143页第二十八页，共144页。 电中性的金属锌和硫酸锌溶液由于锌离子从金电中性的金属锌和硫酸锌溶液由于锌离子从金属表面溶面溶解进入溶液后，在金属上留下的电子使属表面溶面溶解进入溶液后，在金属上留下的电子使金属带负电，溶液则由于锌离子增多金属带负电，溶液则由于锌离子增多(zn du)而而带正电。从而形成如图所示的电势差，此电势差就是带正电。从而形成如图所示的电势差，此电势差就是金属电极的电极电势。金属电极的
22、电极电势。ZnZnZnSOZnSO4 4+ + + +e ee ee ee ee ee e+ + + +ZnZnZnSOZnSO4 4第29页/共143页第二十九页，共144页。电极电势的绝对值是无法测量的。电极电势的绝对值是无法测量的。如果如果(rgu)(rgu)选择某一电极作为标准，人为规定其电极电势为零，而把选择某一电极作为标准，人为规定其电极电势为零，而把其它电极与此标准电极组成的原电池的电动势的大小，作为该电极的电其它电极与此标准电极组成的原电池的电动势的大小，作为该电极的电极电势（相对值）。极电势（相对值）。国际上规定标准氢电极的电极电势为零。国际上规定标准氢电极的电极电势为零。关
23、于(guny)电极电势：第30页/共143页第三十页，共144页。标准标准(biozhn)氢电极氢电极将镀铂黑的金属铂插入标准H+浓度的酸溶液中，并不断(bdun)通入100kPa的纯氢气流，这时溶液中建立起H+H2的动态平衡。Pt | H2 (p=100kPa) | H+ (c=1moldm-3)2H+(aq) + 2e H2c1 moldm-3 pH2p=100 kPa规定(gudng)(H+/H2) 0.0V标准氢电极( (standard hydrogen electrodestandard hydrogen electrode)(SHE) )2)2)参比电极参比电极( (refere
24、nce electrodereference electrode) )第31页/共143页第三十一页，共144页。以标准氢电极为负极，待测电极为正极(zhngj)，构成的原电池的电动势就是待定电极的电极电势。让待定电势的电极与标准氢电极一起构成如下的原电池：标准氢电极 待定电极第32页/共143页第三十二页，共144页。若待定电极上实际进行的是还原反应（做正极若待定电极上实际进行的是还原反应（做正极(zhngj)），则电极电势为），则电极电势为正值。正值。若待定电极上实际进行的是氧化反应（做负极）若待定电极上实际进行的是氧化反应（做负极） ，则电极电势为负值。，则电极电势为负值。(-) PtH
25、2(100kPa) H+(1mol dm-3) Cu2+(1mol dm-3) Cu (+)(-) Zn Zn2+(1moldm-3) H+(1moldm-3) H2(100kPa) Pt (+)(Cu2+/Cu) 0(Zn2+/Zn) 0标准(biozhn)电极电势：标准(biozhn)状态下的电极电势，298K的数据可查表。第33页/共143页第三十三页，共144页。甘汞甘汞(n n)电极电极(saturated calomel electrode)(SCE)saturated KCl solutionsaturated KCl solutionKCl crystalsKCl crysta
26、lsfiber wick for contact fiber wick for contact with external solutionwith external solutionglass frit glass frit Hg+HgHg+Hg2 2ClCl2 2 mixturemixturefiber wick for contact fiber wick for contact with external solutionwith external solutionsaturated KCl solutionsaturated KCl solutionHg+HgHg+Hg2 2ClCl
27、2 2 mixturemixtureKCl crystalsKCl crystalsClCl- -( (c c) ) HgHg2 2ClCl2 2( (s s) ) HgHg( (l l) )HgHg2 2ClCl2 2( (s s) + 2) + 2e e- - = = 2 2HgHg( (l l) + 2) + 2ClCl- -( (aqaq) ) ( (HgHg2 2ClCl2 2/ /HgHg) ) ( (HgHg2 2ClCl2 2/ /HgHg) - ) - ln ln RTRTzFzFc c( (ClCl- -) )c c 第34页/共143页第三十四页，共144页。银银- -氯
28、化银电极氯化银电极(dinj)(silver-silver chloride electrode)(dinj)(silver-silver chloride electrode)KCl solutionKCl solutionfiber wick for contact fiber wick for contact with external solutionwith external solutionAg wire coated with AgClAg wire coated with AgClAgClAgCl( (s s) + ) + e e- - = = AgAg( (s s) + )
29、+ ClCl- -( (aqaq) ) ( (AgClAgCl/ /AgAg) ) ( (AgClAgCl/ /AgAg) - ) - ln ln c c( (ClCl- -) )c c RTRTzFzF (AgClAgCl/ /AgAg) = 0.22233 ) = 0.22233 V V 第35页/共143页第三十五页，共144页。方法方法方法方法(fngf)(fngf)：将被测电极与标准氢电极组成原：将被测电极与标准氢电极组成原：将被测电极与标准氢电极组成原：将被测电极与标准氢电极组成原电池。电池。电池。电池。3)相对相对(xingdu)电极电势的测电极电势的测量量第36页/共143页第
30、三十六页，共144页。 将将将将298.15K298.15K、物质、物质、物质、物质(wzh)(wzh)活度为活度为活度为活度为1molL-11molL-1时的时的时的时的电极电势称为该电极的标准电极电势，用电极电势称为该电极的标准电极电势，用电极电势称为该电极的标准电极电势，用电极电势称为该电极的标准电极电势，用表示。表示。表示。表示。两个(lin )电极间的电势差(potential difference)即是原电池的电动势：E= (+) - (-) 即被测电极的电极电势可从电势测量(cling)仪表上直接读取。4)标准电极电势标准电极电势将将 排成一个标准电极电势表。 越正越正，电对中氧
31、化态物质的氧化能力越强; 越负，电对中还原态物质的还原能力越强还原能力越强.第37页/共143页第三十七页，共144页。6.2.4 能斯特方程(fngchng) 电极反应处于平衡状态时的电极电位为平衡电电极反应处于平衡状态时的电极电位为平衡电极电位。对于任意极电位。对于任意(rny)(rny)给定的电极反应，可用给定的电极反应，可用能斯特方程计算：能斯特方程计算： 反应的化学计量数 活度 标准电极(dinj)电位 n金属离子价数R-理想气体常数F-法拉第常数T-热力学温度第38页/共143页第三十八页，共144页。能斯特方程能斯特方程(fngchng)注意事项注意事项1）对数项前取）对数项前取
32、“+”号，反应式中含电子一侧的所有物号，反应式中含电子一侧的所有物质活度乘积为分子，另一侧物质为分母。如果反应质活度乘积为分子，另一侧物质为分母。如果反应式中某物质前有系数则该系数作为该物质活度的指式中某物质前有系数则该系数作为该物质活度的指数。数。2）对于纯固体、纯液体物质浓度作为）对于纯固体、纯液体物质浓度作为1，溶液中水的活，溶液中水的活度也规定为度也规定为1。对气体物质则以分压表示。对气体物质则以分压表示。3）若原电池反应中还有）若原电池反应中还有H+或或OH-离子参与反应，则这离子参与反应，则这些离子的浓度及其化学些离子的浓度及其化学(huxu)计量式也应写入能计量式也应写入能斯特方
33、程中。斯特方程中。4）只适用于可逆电池以及可逆电极，计算得到的电极电）只适用于可逆电池以及可逆电极，计算得到的电极电势为平衡电极电势，电动势为可逆电池电动势。势为平衡电极电势，电动势为可逆电池电动势。第39页/共143页第三十九页，共144页。6.2.5 电极电势的应用(yngyng)（1）计算原电池的电动势）计算原电池的电动势 E = (+) - (-) E = (+) - (-)可以用能斯特方程分别计算正极、负极的电极可以用能斯特方程分别计算正极、负极的电极(dinj)电位，再求电动势。电位，再求电动势。298k时，也可以先查表求出时，也可以先查表求出E ，再利用电动势的能斯特方程求电动势
34、。，再利用电动势的能斯特方程求电动势。第40页/共143页第四十页，共144页。例：计算例：计算Cu-Zn原电池的电动势原电池的电动势E和和rGm。Cu2+/Cu为正极为正极(zhngj)：Cu2+ 2e- = Cu， 查表查表 = 0.3419V，Zn2+/Zn为负极：为负极： Zn2+ 2e- = Zn， 查表查表 = - 0.7618V，总反应：总反应：Cu2+ Zn = Cu + Zn2+ E(+) - (-) = 0.3419 - (-0.7618) = 1.137V。 Gm = -nFE = -2 96485 1.137= -219.407kJmol-1第41页/共143页第四十一
35、页，共144页。（2）氧化剂和还原剂相对）氧化剂和还原剂相对(xingdu)强强弱的比较弱的比较电极电势的大小反映电极电势的大小反映(fnyng)了电极中氧化态物质和还原态物质在水溶液中了电极中氧化态物质和还原态物质在水溶液中氧化还原能力的相对大小。氧化还原能力的相对大小。 (A+/A) (B+/B) (C+/C)假设(jish)：则构成原电池时:(-) CC+A+ A (+)(-) CC+B+ B (+)(-) BB+A+ A (+)负极发生氧化反应正极发生还原反应第42页/共143页第四十二页，共144页。若某电极(dinj)的电极(dinj)电势的代数值越小：越容易做负极，发生氧化反应，
36、或者其还原(hun yun)态物质越容易失去电子，其还原(hun yun)性越强；而其氧化态物质的氧化性越弱。若某电极(dinj)的电极(dinj)电势的代数值越大：越容易做正极，发生还原反应，或者其氧化态物质越容易得到电子，其氧化性越强；而其还原态物质的还原性越弱。 (Cu2+/Cu)(Zn2+/Zn) 正极：Cu2+ + 2e- Cu负极：Zn Zn2+ + 2e-第43页/共143页第四十三页，共144页。注意：一般可以直接用注意：一般可以直接用注意：一般可以直接用注意：一般可以直接用 来进行判断，但当实际来进行判断，但当实际来进行判断，但当实际来进行判断，但当实际状态偏离标准状态较远，
37、或还有其它离子参与电极状态偏离标准状态较远，或还有其它离子参与电极状态偏离标准状态较远，或还有其它离子参与电极状态偏离标准状态较远，或还有其它离子参与电极反应时，必须反应时，必须反应时，必须反应时，必须(bx)(bx)用能斯特方程计算实际状态下用能斯特方程计算实际状态下用能斯特方程计算实际状态下用能斯特方程计算实际状态下的的的的 来进行比较！来进行比较！来进行比较！来进行比较！电对 反应 / V I2/I- I2(s) + 2e 2I-(aq) +0.5355 Fe3+/Fe2+ Fe3+(aq) + e Fe2+(aq) +0.771Br2/Br- Br2(l) + 2e 2Br-(aq)
38、+1.066氧化性：Br2Fe3+I2 ，Br2可以(ky)氧化Fe2+、I-还原性：I- Fe2+Br - ，I- 可以(ky)还原Fe3+、Br2电极(dinj)电位越正，电对中氧化态的氧化性越强；电极(dinj)电位越负，电对中还原态的还原性越强。第44页/共143页第四十四页，共144页。（3 3）氧化还原反应）氧化还原反应(fnyng)(fnyng)方向的判断方向的判断设计一个原电池，使电池反应正好是所需判断的化学反应：设计一个原电池，使电池反应正好是所需判断的化学反应：先写出两个氧化先写出两个氧化还原对；还原对； 查表得出各自的查表得出各自的 ； 再根据能斯特方程求出实际状态再根据
39、能斯特方程求出实际状态(zhungti)下的下的，根据，根据值即可进行判断。值即可进行判断。值大的为正极，发生还原反应；值大的为正极，发生还原反应；值小的为负极，发生氧化反应；组合写出值小的为负极，发生氧化反应；组合写出总的电池反应，该反应即可自发进行。总的电池反应，该反应即可自发进行。第45页/共143页第四十五页，共144页。rGm 0 自发进行自发进行rGm0 E0 平衡平衡(pnghng)rGm 0 E0 逆向自发进行逆向自发进行l由于(yuy)离子浓度对电极电势的影响不大，当标准电极电势差较大时（如大于0.2V），则可直接用进行比较。l如果有H+, OH-参加反应，pH值对电极电势的
40、影响很大，故需要用进行判断。rGm-nFE第46页/共143页第四十六页，共144页。（4）氧化还原反应进行程度）氧化还原反应进行程度(chngd)的的衡量衡量设计一个原电池，使电池反应正好是所需判断反应进行设计一个原电池，使电池反应正好是所需判断反应进行(jnxng)程度的化学程度的化学反应：反应：lg K= nE/ (0.05917V)根据(gnj)：ln K= nFE/ (RT)T=298.15K可以通过该原电池的E来推算反应的平衡常数K，分析该反应能够进行的程度。第47页/共143页第四十七页，共144页。 某电池中的一个半电池是由钴浸在某电池中的一个半电池是由钴浸在某电池中的一个半电
41、池是由钴浸在某电池中的一个半电池是由钴浸在1.0mol.L-1 1.0mol.L-1 Co2+Co2+溶液中，另一半电池由铂浸入溶液中，另一半电池由铂浸入溶液中，另一半电池由铂浸入溶液中，另一半电池由铂浸入1.0mol.L-1Cl-1.0mol.L-1Cl-的溶液中，并不断通入的溶液中，并不断通入的溶液中，并不断通入的溶液中，并不断通入Cl2(Cl2(分压为分压为分压为分压为101.325kPa)101.325kPa)组组组组成。试验测得电池的电动势为成。试验测得电池的电动势为成。试验测得电池的电动势为成。试验测得电池的电动势为1.63V1.63V；钴电极为负；钴电极为负；钴电极为负；钴电极为
42、负极。已知极。已知极。已知极。已知（Cl2/Cl-Cl2/Cl-）=1.36V, =1.36V, 回答回答回答回答(hud)(hud)下下下下列问题列问题列问题列问题 1 1）写出电池反应方程式；）写出电池反应方程式；）写出电池反应方程式；）写出电池反应方程式； 2 2）（Co2+/CoCo2+/Co）为多少；）为多少；）为多少；）为多少； 3 3）氯气的分压增大时，电池的电动势如何变化；）氯气的分压增大时，电池的电动势如何变化；）氯气的分压增大时，电池的电动势如何变化；）氯气的分压增大时，电池的电动势如何变化； 4 4）当）当）当）当Co2+Co2+浓度为浓度为浓度为浓度为0.010molL
43、-1,0.010molL-1,电池的电动势是电池的电动势是电池的电动势是电池的电动势是多少？多少？多少？多少？例:第48页/共143页第四十八页，共144页。(1)(1)由题意两电极反应由题意两电极反应(fnyng)(fnyng)为为 （- -）Co(s) = Co2+(aq) + 2e-Co(s) = Co2+(aq) + 2e- (+) Cl2(g) + 2e- = 2Cl-(aq) (+) Cl2(g) + 2e- = 2Cl-(aq) 电池反应电池反应(fnyng)(fnyng) Co(s)+ Cl2(g) = Co2+(aq) + 2Cl-(aq) Co(s)+ Cl2(g) = C
44、o2+(aq) + 2Cl-(aq)解解:(2) E = =(+) - (-) = 1.63(-) = 1.63 1.63 =1.36 - (Co(Co2+2+/Co) (Co(Co2+/Co) = -0.27 V第49页/共143页第四十九页，共144页。（3） (Cl2/Cl-)= (Cl2/Cl-) +0.0591/2 lg p(Cl2)/p/c2(Cl-) 当c(Cl-)1.0 mol.L-1 增加(zngji)p(Cl2)，则(Cl2/Cl-)增大，E 增大。（4）当Co2+的浓度(nngd)0.010 mol.L-1时， (Co2+/Co)= (Co2+/Co) + 0.0591/
45、2lgc(Co2+) = -0.33 V E=1.36-(-0.33)=1.69 V第50页/共143页第五十页，共144页。6.2.6 不可逆电极的反应(fnyng)过程 前面是用热力学的方法讨论原电池前面是用热力学的方法讨论原电池(dinch)的电动势以及电极的平衡电极电势，判断电池的电动势以及电极的平衡电极电势，判断电池(dinch)反应的方向及限度问题。电极过程动力学反应的方向及限度问题。电极过程动力学研究的是电池研究的是电池(dinch)反应的速率和历程。反应的速率和历程。 电极过程的基本历程：电极过程的基本历程：（1）反应物粒子从溶液本体向电极表面传递。这一）反应物粒子从溶液本体向
46、电极表面传递。这一步骤称为液相传质步骤。步骤称为液相传质步骤。（2）反应物粒子在电极表面或电极表面附近的液层）反应物粒子在电极表面或电极表面附近的液层中进行某种转化。中进行某种转化。(前置转化步骤前置转化步骤)第51页/共143页第五十一页，共144页。（3）“电极电极/溶液溶液”界面上的电子传递，生成反应产物。这一步骤称为电化学步骤。界面上的电子传递，生成反应产物。这一步骤称为电化学步骤。（4）反应产物在电极表面或表面附近的液层中进行某种转化，例如从表面上脱附或发）反应产物在电极表面或表面附近的液层中进行某种转化，例如从表面上脱附或发生化学变化。（后置转化步骤）生化学变化。（后置转化步骤）（
47、5）a：反应产物生成新相；：反应产物生成新相； b：反应产物从电极表面向溶液中或液态：反应产物从电极表面向溶液中或液态(yti)电极内传递，也称为液相传质电极内传递，也称为液相传质步骤。步骤。任何(rnh)电极过程都包括1、3、5步。第52页/共143页第五十二页，共144页。电极过程中的速率电极过程中的速率(sl)表达表达 电极过程中的反应速率常用单位时间、单位面积上电子通过的数量来表电极过程中的反应速率常用单位时间、单位面积上电子通过的数量来表示。单位为库仑示。单位为库仑米米-2秒秒-1或安培或安培米米-2，即电极上的电流密度。，即电极上的电流密度。 对于电极过程中的各个子过程，分别有阳极
48、方向的电流密度，阴极对于电极过程中的各个子过程，分别有阳极方向的电流密度，阴极(ynj)方向的电流密度等来分别描述其各自的速率。方向的电流密度等来分别描述其各自的速率。第53页/共143页第五十三页，共144页。6.2.7 极化(j hu)和超电势（1）电极的极化 当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态(zhungti)，这时的电极电势分别称为阳极平衡电势或阴极平衡电势。 在有电流通过电极时，电极电势值偏离平衡电势的现象称为电极的极化。随着电极上电流密度的增加，电极电势偏离平衡电势也增大。极化分为浓差极化和电化学极化。第54页/共143页第五十四页，共144页。浓差极化浓差极化(j hu)：
49、电极发生反应时，由于反应物扩散速度慢，导致电极附近反应物浓度低电极发生反应时，由于反应物扩散速度慢，导致电极附近反应物浓度低于本体溶液中反应物浓度，存在浓度梯度，引起的电极电势的偏离。于本体溶液中反应物浓度，存在浓度梯度，引起的电极电势的偏离。 可以可以(ky)近似的用能斯特方程解释浓差极化的原因。用搅拌和升温的近似的用能斯特方程解释浓差极化的原因。用搅拌和升温的方法可以方法可以(ky)减少浓差极化。减少浓差极化。第55页/共143页第五十五页，共144页。阳极过程控制步骤 扩散过程 反应生成的金属离子进入(jnr)溶液后迁移速度太慢 金属离子在电极表面附近堆积电极表面附近与溶液深处存在浓度差
50、异M+M+M+M+M+M+M+CE1 阳极(yngj)浓差极化第56页/共143页第五十六页，共144页。反应参与物或者生成物迁移(qiny)速度 金属(jnsh)离子进入溶液的速度（电化学反应速度）eM+eM+eM+M+e 金属表面由于电子流失比反应(fnyng)快而积累正电荷电位升高M+M+1 阳极电化学极化(j hu)（活化极化(j hu)）金属离子化的迟缓性H+PtZnZn2+eIH第59页/共143页第五十九页，共144页。阴极控制步骤(bzhu) 电化学步骤(bzhu)电子由阳极流入阴极的速度电极反应（氧化剂与电子结合）的速度 电子多余：负电荷在阴极表面积累 电极电位降低2 阴极电
51、化学极化(j hu)（活化极化(j hu)）- 金属表面积聚过多的电子电位(din wi)下降eH+H+eH+H+eeeeH+PtZnZn2+eIH第60页/共143页第六十页，共144页。（2）超电势）超电势(dinsh) （过电位（过电位 ） 在一定的外电流密度下，电极电位与平衡电极电位的差值的绝对值。采在一定的外电流密度下，电极电位与平衡电极电位的差值的绝对值。采用过电位来描述用过电位来描述(mio sh)电极系统偏离平衡状态的程度。电极系统偏离平衡状态的程度。阳极极化（阳极极化（ E E平衡，平衡，a= E-E平衡）平衡） 电极电位变得比其平衡电极电位更正。电极电位变得比其平衡电极电位
52、更正。阴极极化（阴极极化（ E E平衡，平衡， c= E平衡平衡 - E） 电极电位变得比其平衡电极电位更负。电极电位变得比其平衡电极电位更负。第61页/共143页第六十一页，共144页。 电极电势与电流密度之间的关系曲线称为电极电势与电流密度之间的关系曲线称为(chn wi)极化曲线，极化极化曲线，极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。 I I 阳，平阳，平 阴，平阴，平 I I 阳，平阳，平 阴，平阴，平电解池中极化曲线电解池中极化曲线原电池中极化曲线原电池中极化曲线第62页/共143页第六十二页，共144页。例：已知例：已
53、知例：已知例：已知 AgCl(s)+e-=Ag+Cl- AgCl(s)+e-=Ag+Cl- AgCl(s)+e-=Ag+Cl- AgCl(s)+e-=Ag+Cl- 电极电极电极电极(dinj)(dinj)(dinj)(dinj)的标的标的标的标准电极准电极准电极准电极(dinj)(dinj)(dinj)(dinj)电势为电势为电势为电势为0.2223V0.2223V0.2223V0.2223V。Ag+ + e-=Ag Ag+ + e-=Ag Ag+ + e-=Ag Ag+ + e-=Ag 电极电极电极电极(dinj)(dinj)(dinj)(dinj)的标准电极的标准电极的标准电极的标准电极(
54、dinj)(dinj)(dinj)(dinj)电势为电势为电势为电势为0.799V0.799V0.799V0.799V。求求求求AgClAgClAgClAgCl的的的的KspKspKspKsp。解：将上述两个电极偶对组成解：将上述两个电极偶对组成(z chn)(z chn)原电池原电池 则则Ag+ + e- = AgAg+ + e- = Ag电极为正极电极为正极 Ag + Cl- = AgCl(s) + e- Ag + Cl- = AgCl(s) + e-电极为负极电极为负极 电池反应为电池反应为Ag+ + Cl- = AgCl(s)Ag+ + Cl- = AgCl(s) K=1/cAg+/c
55、 cCl-/c = 1/Ksp K=1/cAg+/c cCl-/c = 1/Ksp lg K=nE/0.05917=9.74 lg K=nE/0.05917=9.74 Ksp=1.810-10 Ksp=1.810-10第63页/共143页第六十三页，共144页。6.3 化学(huxu)电源6.3.1 6.3.1 化学电源的分类与组成化学电源的分类与组成6.3.2 6.3.2 化学电源的基本性能指标化学电源的基本性能指标6.3.3 6.3.3 一次电池一次电池(dinch)(dinch)6.3.4 6.3.4 二次电池二次电池(dinch)(dinch)6.3.5 6.3.5 燃料电池燃料电池(
56、dinch)(dinch)第64页/共143页第六十四页，共144页。1836 年 丹聂尔（Daniell）电池(dinch)第65页/共143页第六十五页，共144页。6.3.1 6.3.1 化学电源化学电源(dinyun)(dinyun)的分类与的分类与组成组成电池电池(dinch)(dinch)是贮存电能并可输出电能的装置。将化学能转变成直流电能的装是贮存电能并可输出电能的装置。将化学能转变成直流电能的装置称为化学电池置称为化学电池(dinch)(dinch)或化学电源。把光能或热能转变为电能的装置称为物或化学电源。把光能或热能转变为电能的装置称为物理电池理电池(dinch)(dinch
57、)，例如太阳能电池，例如太阳能电池(dinch)(dinch)。 电池电池(dinch)(dinch)的优势：能量转化率高，使用中无污染、无噪声、可做成任意大的优势：能量转化率高，使用中无污染、无噪声、可做成任意大小、使用方便、易于控制。小、使用方便、易于控制。第66页/共143页第六十六页，共144页。（1 1）化学）化学(huxu)(huxu)电源的分类电源的分类一次电池：又称原电池，放电后不能用充电方法使之复原，因此两电极一次电池：又称原电池，放电后不能用充电方法使之复原，因此两电极的活性物质只利用一次。的活性物质只利用一次。原电池的特点是小型、携带方便，但放电电流不大原电池的特点是小型
58、、携带方便，但放电电流不大用于仪器及各种用于仪器及各种( zhn)( zhn)电子器件电子器件常用的原电池如锌锰电池、锂电池。常用的原电池如锌锰电池、锂电池。化学电源通常(tngchng)分为以下3类：第67页/共143页第六十七页，共144页。二次电池：又称蓄电池，充电可使之复原。能多次充放电，循环使用。二次电池：又称蓄电池，充电可使之复原。能多次充放电，循环使用。常见的蓄电池如铅酸蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池的产常见的蓄电池如铅酸蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池的产量很大，而且多数用在汽车起动、照明和点火。量很大，而且多数用在汽车起动、照明和点火。连续电池：又称燃料
59、电池，其正负极本身不包含活性物质，将燃料连续电池：又称燃料电池，其正负极本身不包含活性物质，将燃料( (电极电极(dinj)(dinj)活性物质活性物质) )输入电池就能长期放电。例如，氢氧燃料电池等。输入电池就能长期放电。例如，氢氧燃料电池等。第68页/共143页第六十八页，共144页。第69页/共143页第六十九页，共144页。（2 2）化学电源）化学电源(dinyun)(dinyun)(简称电池简称电池) )的基本组成的基本组成正极和负极：由活性物质和导电材料以及添加剂等组成，其主要作用是参与电正极和负极：由活性物质和导电材料以及添加剂等组成，其主要作用是参与电极反应和导电，决定电池的电
60、性能。极反应和导电，决定电池的电性能。正极与负极的电位相差越大越好正极与负极的电位相差越大越好参加反应的物质的电化当量越小越好，（用很少的活性物质可得到参加反应的物质的电化当量越小越好，（用很少的活性物质可得到(d do)(d do)更更多的电量）多的电量）除考虑电极电位和电化当量外，还需考虑活性物质的稳定性及材料来源除考虑电极电位和电化当量外，还需考虑活性物质的稳定性及材料来源第70页/共143页第七十页，共144页。电解质：保证正、负极之间离子导电作用，有的参与成流反应或二次反应，有电解质：保证正、负极之间离子导电作用，有的参与成流反应或二次反应，有的只起导电作用。的只起导电作用。电解质通
61、常是水溶液，也有用有机溶剂、熔融电解质通常是水溶液，也有用有机溶剂、熔融(rngrng)(rngrng)盐和固体电解质盐和固体电解质要求电解质的化学性质稳定和电导率高要求电解质的化学性质稳定和电导率高第71页/共143页第七十一页，共144页。隔膜：又叫隔离物，防止正、负极短路，但允许离子顺利通过。例如，石棉纸、隔膜：又叫隔离物，防止正、负极短路，但允许离子顺利通过。例如，石棉纸、微孔橡胶、微孔塑料、尼龙、玻璃纤维。微孔橡胶、微孔塑料、尼龙、玻璃纤维。外壳：起保护作用。除干电池由锌极兼作容器外，其他都不用活性物质做容器。外壳：起保护作用。除干电池由锌极兼作容器外，其他都不用活性物质做容器。要求
62、要求(yoqi)(yoqi)外壳具有良好的机械强度、耐腐蚀、耐振动、抗冲击强度。外壳具有良好的机械强度、耐腐蚀、耐振动、抗冲击强度。第72页/共143页第七十二页，共144页。6.3.2 6.3.2 化学电源化学电源(dinyun)(dinyun)的基本性能的基本性能指标指标实用的电池对电性能、贮存性能、机械性能、密封性能、几何形状实用的电池对电性能、贮存性能、机械性能、密封性能、几何形状(xngzhun)(xngzhun)、工作条件、经济性等多方面都有一定的要求。而首要的是具、工作条件、经济性等多方面都有一定的要求。而首要的是具有良好的电性能和贮存性能。有良好的电性能和贮存性能。第73页/共
63、143页第七十三页，共144页。开路电压开路电压(diny)(diny)(电动势电动势) )：没有通电时电池的电压：没有通电时电池的电压(diny)(diny)称为开路电压称为开路电压(diny)(diny)，等于两电极之间的电位差。，等于两电极之间的电位差。电池的反应(fnyng)通式：正极(zhngj)：P1 + ne P2负极：N1 N2 + ne 总反应：P1 + N1 P2 + N2 电池的电动势：第74页/共143页第七十四页，共144页。电池的电动势取决于正负极材料电池的电动势取决于正负极材料(cilio)(cilio)的本性、电解质和温度。的本性、电解质和温度。提高电池的电动势
64、方法：提高电池的电动势方法：使用电子亲和力大的、容易还原的物质(wzh)为正极活性物质(wzh)使用电子亲和力小的、容易氧化的物质(wzh)为负极活性物质(wzh)第75页/共143页第七十五页，共144页。工作电压又称闭路电压工作电压又称闭路电压: : 是指电池是指电池(dinch)(dinch)接通负荷时的电压。欧姆电阻接通负荷时的电压。欧姆电阻和极化过电位的存在使工作电压低于开路电压。工作电压的数值及稳定和极化过电位的存在使工作电压低于开路电压。工作电压的数值及稳定度依赖于放电条件。度依赖于放电条件。内阻：包括欧姆内阻R和极化电阻Rr，前者由电解质、电极材料、隔膜的电阻及各部分零件的接触
65、电阻组成(z chn)，后者由极化引起。为了减少极化，可提高电极的活性和增大电极的面积，如采用多孔电极。第76页/共143页第七十六页，共144页。放电曲线：即电池的工作电压随时间变化的曲线。放电曲线：即电池的工作电压随时间变化的曲线。评价评价(pngji)(pngji)电池的性能常采用放电曲线，放电曲线越平坦性能越好电池的性能常采用放电曲线，放电曲线越平坦性能越好电压下降到不宜继续放电的最低工作电压称为终止电压，例如干电池的电压下降到不宜继续放电的最低工作电压称为终止电压，例如干电池的终止电压为终止电压为0.9V0.9V放电方法主要有恒流放电和恒阻放电两种，还分为连续放电和间歇放电放电方法主
66、要有恒流放电和恒阻放电两种，还分为连续放电和间歇放电第77页/共143页第七十七页，共144页。某些(mu xi)一次电池在250mA电流下的放电曲线锌锰碱性(jin xn)锌锰锌汞第78页/共143页第七十八页，共144页。容量：在一定放电条件下电池放电至终止电压所容量：在一定放电条件下电池放电至终止电压所放出的电量，称为容量放出的电量，称为容量, , 以以Q Q表示，单位为表示，单位为A.hA.h或或mA.hmA.h比容量：电池单位重量或单位体积所输出的电量，比容量：电池单位重量或单位体积所输出的电量， A.h/kgA.h/kg， A.h/L A.h/L活性物质活性物质(wzh)(wzh)
67、利用率（电量效率）：活性物质利用率（电量效率）：活性物质(wzh)(wzh)实际上能放出的电量与按理论计算可放出实际上能放出的电量与按理论计算可放出的电量之比的电量之比w-活性物质的质量(zhling)， M-活性物质的摩尔原子量第79页/共143页第七十九页，共144页。能量与比能量：在一定条件下电池输出能量与比能量：在一定条件下电池输出(shch)(shch)的能量（电能）单位的能量（电能）单位W.hW.h。比能量为单位重量或。比能量为单位重量或单位体积电池对外输出单位体积电池对外输出(shch)(shch)的能量，又叫能的能量，又叫能量密度，单位量密度，单位W.h/kgW.h/kg和和W
68、.h/LW.h/L。电池的能量效率：电池实际放出的电能与按理电池的能量效率：电池实际放出的电能与按理论计算可放出的电能之比论计算可放出的电能之比第80页/共143页第八十页，共144页。贮存性能：主要针对一次电池，是指电池贮存期间容量的下降率。电池容量下降到某一规定容量所经过的时间(shjin)，称为搁置寿命或贮存寿命。Qa放置(fngzh)前的容量；T放置(fngzh)时间；Qb放置(fngzh)后的容量；第81页/共143页第八十一页，共144页。自放电：电池在不向外输出电流时消耗活性物质的自放电：电池在不向外输出电流时消耗活性物质的现象。产生自放电的原因现象。产生自放电的原因(yunyn
69、)(yunyn)主要是活性物质主要是活性物质内与电解质中的杂质使电池内形成局部电池，这种内与电解质中的杂质使电池内形成局部电池，这种局部电池造成了电池内部短路，促进腐蚀，引起自局部电池造成了电池内部短路，促进腐蚀，引起自放电放电可见，在没在向外输出电流(dinli)的情况下，负极活性物质锌被消耗了。放置期间电池容量下降是由于两个电极的自放电引起的。锌锰干电池发生(fshng)自放电时:阳极（锌）：Zn Zn2+ + 2e 阴极（锌）：2H + + 2e H2 同时在锌电极表面上发生:第82页/共143页第八十二页，共144页。循环寿命：蓄电池充电和放电一次称为一个周期循环寿命：蓄电池充电和放电
70、一次称为一个周期( (或循环或循环) )。电池容量降。电池容量降到某一规定值之前到某一规定值之前(zhqin)(zhqin)，能反复充、放电的次数称为循环寿命。，能反复充、放电的次数称为循环寿命。蓄电池的循环寿命除取决于电池的本性外，还与使用和维护是否恰当有蓄电池的循环寿命除取决于电池的本性外，还与使用和维护是否恰当有关关第83页/共143页第八十三页，共144页。6.3.3 一次电池(dinch)放电后不能使电池复原放电后不能使电池复原(f yun)再次使用的电池。再次使用的电池。日常生活中常见的一次电池：日常生活中常见的一次电池：中性锌锰电池中性锌锰电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌汞电池锌汞
71、电池锌银电池锌银电池锂电池锂电池第84页/共143页第八十四页，共144页。一、锌锰电池一、锌锰电池(dinch)(dinch)的电池的电池(dinch)(dinch)反应和电性能反应和电性能（1）中性介质中的锌-锰电池的电池反应以NH4Cl为主的锌锰电池（氯化铵型电池）（） ZnNH4ClMnO 2 () 负极反应： Zn2NH4Cl Zn（NH3）2Cl22H + 2e 正极反应： MnO2+H+e MnOOH电池反应： Zn2NH4Cl2MnO2Zn(NH3)2Cl22 MnOOH 电池的反应较为复杂，产物(chnw)也十分复杂，但反应的主要产物(chnw)是Zn（NH3）2Cl2。第8
72、5页/共143页第八十五页，共144页。以ZnCl2为主的锌锰电池（氯化锌型电池）（） ZnZnCl2MnO 2 () 负极(fj)：4Zn9H2O ZnCl2ZnCl24 ZnO5 H2O8 H +8e 正极： 8MnO28H+8e 8MnOOH 电池反应：4Zn9H2OZnCl28MnO28 MnOOHZnCl24 ZnO5 H2O开路电位(din wi)1.5 V，放电电压稳定；水作为反应物被消耗，并转化为结晶水，因此，大大的提高了电池的防漏性能。这是目前使用最普遍的干电池。第86页/共143页第八十六页，共144页。（2）碱性介质中的锌锰电池(dinch)（碱锰电池(dinch)）的电
73、池(dinch)反应（） ZnKOHMnO 2 ()负极反应：Zn2 e2OHZn(OH)2 ZnOH2O 正极反应：2MnO2+2H2O+2e2MnOOH2OH 电池(dinch)反应：Zn2MnO2+H2O2MnOOHZnO 或 Zn2MnO2+H2O2MnOOHZn(OH)2 ZnO H2O由于锌箔在碱液中极易钝化，故不能像干电池那样(nyng)采用锌筒作负极。锌粉有足够大的比表面，在碱液中也不易钝化，是碱锰电池负极较为适合的材料。负极这一差别使碱锰电池的结构与干电池大不相同。第87页/共143页第八十七页，共144页。二、锌汞电池二、锌汞电池(dinch)(钮扣电池钮扣电池(dinch
74、)(-) Zn| KOH(糊状糊状, 含饱和含饱和ZnO) | HgO | C(+)负极负极(fj)： Zn+2OH- ZnO+H2O+2e- 正极：正极： HgO+H2O+2e- Hg+2OH-电池反应电池反应: Zn+HgOZnO+Hg 性能性能: 放电电压放电电压1.34V，用于小型装置的电池。，用于小型装置的电池。 第88页/共143页第八十八页，共144页。三、锌银电池三、锌银电池( (钮扣状和矩形钮扣状和矩形) )(-) Zn | KOH | Ag2O (+)(-) Zn | KOH | Ag2O (+)负极：负极： Zn+2OH- ZnO+H2O+2e- Zn+2OH- ZnO+
75、H2O+2e- 正极：正极： Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH- Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-电池反应：电池反应：Zn+Ag2OZnO+2AgZn+Ag2OZnO+2Ag性能性能: : 放电电压放电电压1.6V1.6V，比能量大，放电平稳，比能量大，放电平稳(pngwn)(pngwn)，用于小型装置的电池，价，用于小型装置的电池，价格昂贵。格昂贵。第89页/共143页第八十九页，共144页。四、锂电池四、锂电池锂电池理论容量大（为锌的锂电池理论容量大（为锌的4.7倍）。倍）。工作工作(gngzu)电压电压3V；能量密度高；能量密度高；工作工作(gngzu)温度范围大（温度
76、范围大（-5580）；）；自发放电自发放电速度小（可工作速度小（可工作(gngzu)5 10年）；年）；具有优具有优良的抗漏性能。良的抗漏性能。(-) LiLiClO4 (aq),碳酸丙烯脂 Li MnO2 MnO2 (+) 负极：Li(s) Li+(aq) + e正极(zhngj)： MnO2 (s) + Li+(aq) + e LiMnO2总反应： Li(s) + MnO2 (s) LiMnO2 第90页/共143页第九十页，共144页。6.3.4 二次电池(dinch)二次电池二次电池(dinch)放电后，可以反向充电，使活性物质再生，恢复到放电前放电后，可以反向充电，使活性物质再生，恢
77、复到放电前的状态，故可以重复使用，所以它是一种电能储存器。的状态，故可以重复使用，所以它是一种电能储存器。日常生活中常见的二次电池日常生活中常见的二次电池(dinch)：铅蓄电池铅蓄电池(dinch)；镉镍二次电池；镉镍二次电池(dinch)；镍氢二次电池；镍氢二次电池(dinch)；锂离子二次电池锂离子二次电池(dinch)；导电聚合物二次电池；导电聚合物二次电池(dinch)等等第91页/共143页第九十一页，共144页。一、铅酸蓄电池一、铅酸蓄电池铅蓄电池是工业用蓄电池的一种，已有铅蓄电池是工业用蓄电池的一种，已有140多年的历史。由于它的原材料来源多年的历史。由于它的原材料来源丰富，价
78、格低廉，可循环使用，被作为各种仪器设备及计算机等的电源；还可丰富，价格低廉，可循环使用，被作为各种仪器设备及计算机等的电源；还可作为开关电源、储能电源、启动电源、照明电源以及应急作为开关电源、储能电源、启动电源、照明电源以及应急(yng j)电源等，电源等，应用于各种不同的环境和领域。应用十分广泛，而且用量巨大。应用于各种不同的环境和领域。应用十分广泛，而且用量巨大。第92页/共143页第九十二页，共144页。放电时：负极：Pb(s) + SO42-(aq) PbSO4(s) + 2e 正极： PbO2 (s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e PbSO4(s) + 2H2
79、O 总反应： Pb(s) + PbO2 (s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) + 2H2O (-) Pb(s) Pb(海绵状) H2SO4(aq) PbO2 Pb(+)充电(chng din)时：负极： PbSO4(s) + 2e Pb(s) + SO42-(aq) 正极： PbSO4(s) + 2H2O PbO2 (s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e 总反应： 2PbSO4(s) + 2H2O Pb(s) + PbO2 (s) +2H2SO4(aq) 第93页/共143页第九十三页，共144页。主要由正极板组、负极板组、电解液和容器等组成。正、负极板由板
80、栅和活性主要由正极板组、负极板组、电解液和容器等组成。正、负极板由板栅和活性物质物质(wzh)构成。板栅除起支持活性物质构成。板栅除起支持活性物质(wzh)外，还起导电作用。板栅外，还起导电作用。板栅一般使用铅锑合金，有时也用纯铅或铅钙合金。一般使用铅锑合金，有时也用纯铅或铅钙合金。第94页/共143页第九十四页，共144页。二、镉镍电池二、镉镍电池(dinch)（） Cd | KOH | NiOOH (+)(+) 2NiOOH +2H2O +2e 2Ni(OH)2 + 2OH-(-) Cd+ 2OH- Cd(OH)2+2e放电充电放电(fng din)充电(chng din)2NiOOH +
81、Cd +2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2放电充电第95页/共143页第九十五页，共144页。三、镍氢电池三、镍氢电池吸氢合金制成的电极称吸氢电极吸氢合金制成的电极称吸氢电极M.HM.H。吸氢电极。吸氢电极和合适的烧结式镍电极一起，以一般和合适的烧结式镍电极一起，以一般(ybn)(ybn)镉镍镉镍电池相同的结构组装成镍氢电池（金属氢化物镍电池相同的结构组装成镍氢电池（金属氢化物镍电池）电池）, ,电压电压1.2V1.2V。能用作负极的贮氢合金有多种，目前已用于生产能用作负极的贮氢合金有多种，目前已用于生产的为稀土系和钛系。的为稀土系和钛系。第96页/共143页第九十六页，共144页
82、。（-） M.H | KOH | NiOOH (+)若以LaNi5为负极 ，则 （-） LaNi5H6 +6OH- LaNi5 + 6H2O +6e (+) 6NiOOH+ 6H2O +6e 6Ni(OH)2+6OH- LaNi5H6+6NiOOH LaNi5 +6Ni(OH)2放电充电放电充电放电充电第97页/共143页第九十七页，共144页。四、锂离子电池四、锂离子电池(dinch)(dinch)锂离子电池由日本索尼公司于锂离子电池由日本索尼公司于19901990年最先开发年最先开发成功。成功。它是把锂离子嵌入到碳中形成负极，取代传统它是把锂离子嵌入到碳中形成负极，取代传统锂电池的金属锂或
83、锂合金锂电池的金属锂或锂合金(hjn)(hjn)负极。负极材负极。负极材料碳是石油焦炭和石墨。料碳是石油焦炭和石墨。为了与传统的锂电池区别，故把这种电池叫做为了与传统的锂电池区别，故把这种电池叫做锂离子电池（二次电池）。目前，锂离子电池锂离子电池（二次电池）。目前，锂离子电池的市场份额越来越大。的市场份额越来越大。 第98页/共143页第九十八页，共144页。锂离子电池正极采用钴酸锂锂离子电池正极采用钴酸锂(LiCoO2)(LiCoO2)，负极，负极采用碳（采用碳（C C）。）。负极材料石油焦炭和石墨优点在于无毒和资负极材料石油焦炭和石墨优点在于无毒和资源充足。锂离子嵌入碳中，克服金属锂的高源
84、充足。锂离子嵌入碳中，克服金属锂的高活性，解决了传统锂电池的安全问题。活性，解决了传统锂电池的安全问题。正极正极LiCoO2LiCoO2充放电性能充放电性能(xngnng)(xngnng)和寿命均和寿命均能达到较高的水平，弥补了成本高的缺点。能达到较高的水平，弥补了成本高的缺点。电解质为是溶解了电解质为是溶解了LiPF6LiPF6的有机体。的有机体。锂离子电池锂离子电池(dinch)的结构特点：的结构特点：第99页/共143页第九十九页，共144页。正极正极(zhngj)： LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe 负极：负极：C + xLi+ + xe LixC 充电(chn
85、g din)放电(fng din)充电放电第100页/共143页第一百页，共144页。在充电时，在充电时，Li+Li+的一部分会从正极中脱出，嵌入到负极的一部分会从正极中脱出，嵌入到负极碳的层间去，形成层间化合物。在放电时，则进行此碳的层间去，形成层间化合物。在放电时，则进行此反应反应(fnyng)(fnyng)的可逆反应的可逆反应(fnyng)(fnyng)。以上称为嵌入和脱。以上称为嵌入和脱嵌的两个过程是锂离子电池的工作原理。故电池也称嵌的两个过程是锂离子电池的工作原理。故电池也称为为“摇椅电池摇椅电池”。锂离子二次电池充放电时的反应。锂离子二次电池充放电时的反应(fnyng)(fnyng
86、)式：式：正极：正极： LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe 负极：负极：C + xLi+ + xe LixCC + xLi+ + xe LixC LiCoO2 + C Li1-xCoO2 + LixC LiCoO2 + C Li1-xCoO2 + LixC 充电(chng din)放电(fng din)充电放电充电放电第101页/共143页第一百零一页，共144页。锂离子电池的主要锂离子电池的主要(zhyo)优点：优点：开路电压高开路电压高( (市售电池多为市售电池多为3.6V3.6V，镍氢和镍镉二次，镍氢和镍镉二
87、次电池的开路电压为电池的开路电压为1.2V)1.2V)；比容量比容量(rngling)(rngling)大大( (是镍镉二次电池的是镍镉二次电池的2.52.5倍，是倍，是镍氢二次电池的镍氢二次电池的1.51.5倍倍) )；自放电率低自放电率低( 8%/( 0 0阳极上阳极上 ClCl- - 被氧化：被氧化：2 2ClCl- - - 2e Cl - 2e Cl2 2阴极上阴极上 NaNa+ +被还原：被还原：NaNa+ + + e Na + e Na第111页/共143页第一百一十一页，共144页。6.4.2 分解电压(diny)和超电势使电解过程能顺利进行所需的最低电压称为分解电压。使电解过程
88、能顺利进行所需的最低电压称为分解电压。理论理论(lln)分解电压：理论分解电压：理论(lln)上使某电解质溶液能连续不断发生电解上使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势。势。E E理论理论(lln)(lln)分解电压分解电压 E E可逆可逆 阳阳( (理论理论(lln)(lln) 阴阴( (理论理论(lln)(lln)第112页/共143页第一百一十二页，共144页。H H2 2O(l) HO(l) H2 2(g) +0.5O(g) +0.5O2 2(g)(g)电
89、解电解RTRT其平衡电位其平衡电位 OO2 2/OH/OH- - = = + + - ln - - ln - = 0.815= 0.815V VnFnFp pOO2 2c c4 4( (OHOH- -) )( (p pOO2 2= p= p , , c c( (OHOH- -)=10)=10-7 -7 molmolLL-1-1) )在在pHpH7 7时，时，RTRT其平衡电位其平衡电位 H H+ +/H/H2 2 = = + + - ln - - ln - = -0.414= -0.414V V nFnFp pH H2 2c c2 2( (H H+ +) )( (p pH H2 2= p= p
90、 , , c c( (H H+ +)=10)=10-7 -7 molmolLL-1-1) )阳极阳极(yngj)(yngj)反应：反应：O2 + 2H2O + 4e = O2 + 2H2O + 4e = 4OH-4OH-阴极阴极(ynj)(ynj)反应：反应：2H+ + 2e = H22H+ + 2e = H2电解水：电解水：第113页/共143页第一百一十三页，共144页。E E OO2 2/OH- H+/HH+/H2 2 1.23V V 分解电压的测定：使用分解电压的测定：使用PtPt电极电极电解电解H2OH2O，加入中性盐用来导电，加入中性盐用来导电，实验装置如图所示。实验装置如图所示。
91、 逐渐增加外加电压，由安培计逐渐增加外加电压，由安培计A A和伏特计和伏特计V V分别分别(fnbi)(fnbi)测定线路测定线路中的电流强度中的电流强度I I 和电压和电压E E，画出，画出I-EI-E曲线。曲线。第114页/共143页第一百一十四页，共144页。 外加电压很小时，几乎无电流通过，阴、阳极上无外加电压很小时，几乎无电流通过，阴、阳极上无H2H2和和O2O2放出放出 随着随着E E的增大，电极的增大，电极(dinj)(dinj)表面产生少量表面产生少量H2H2和和O2O2，但压力低于大气压，无法逸出。所产生的但压力低于大气压，无法逸出。所产生的H2H2和和O2O2构成了构成了原
92、电池，外加电压必须克服这反电动势，继续增加电压，原电池，外加电压必须克服这反电动势，继续增加电压，I I 有少许增加，如图中有少许增加，如图中1-21-2段。段。 当外压增至当外压增至2-32-3段，段， H2 H2和和O2O2的的压力等于大气压力，呈气泡逸出，压力等于大气压力，呈气泡逸出，反电动势达极大值反电动势达极大值 Eb,max Eb,max。 再增加电压，使再增加电压，使I I 迅速增加。迅速增加。将直线外延至将直线外延至I =0I =0处，得处，得E E分解值，分解值，这是使电解池不断工作所必需外加这是使电解池不断工作所必需外加的最小电压，称为分解电压。的最小电压，称为分解电压。第
93、115页/共143页第一百一十五页，共144页。实际实际(shj)分解电压分解电压 要使电解池顺利地进行连续反应，除了要使电解池顺利地进行连续反应，除了(ch le)克服作为原电池时克服作为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化作用在阴、阳极上产生的超电势的可逆电动势外，还要克服由于极化作用在阴、阳极上产生的超电势阳阳和和阴，以及克服电解池电阻所产生的电位降阴，以及克服电解池电阻所产生的电位降 。这三者的加和就称为实际。这三者的加和就称为实际分解电压。分解电压。E E分解分解(fnji)= E(fnji)= E可逆可逆 + ( + (阳阳+阴阴) + IR) + IR第116页/共143页第
94、一百一十六页，共144页。电解池中两电极(dinj)的极化曲线 随着电流密度的增大，两电极上的超电势也增大，阳极析出电势正移，阴极析出电势负移，使外加(wiji)的电压增加，额外消耗了电能。第117页/共143页第一百一十七页，共144页。6.4.3 电解(dinji)池中两极的电解(dinji)产物析出电势析出电势(考虑超电势后的实际电极电势考虑超电势后的实际电极电势)：必须考虑电极电势和超电势因素，实际析出电势为两者的代数和。电极电势可以查必须考虑电极电势和超电势因素，实际析出电势为两者的代数和。电极电势可以查表计算求得，超电势只能实验测得。表计算求得，超电势只能实验测得。判别依据：在阳极
95、上进行的氧化反应，首先析出的是析出电势较小（越负）的还原判别依据：在阳极上进行的氧化反应，首先析出的是析出电势较小（越负）的还原态物质态物质(wzh)。在阴极上进行的还原反应，首先析出的是析出电势较大（越正）。在阴极上进行的还原反应，首先析出的是析出电势较大（越正）的氧化态物质的氧化态物质(wzh)。第118页/共143页第一百一十八页，共144页。6.4.4 电解(dinji)的应用电解和电合成的特点电解和电合成的特点:由更强力的手段促使氧化还原反应发生，通常能使反应在室温下进行。对节约由更强力的手段促使氧化还原反应发生，通常能使反应在室温下进行。对节约能源，降低设备投资，实现自动控制能源，
96、降低设备投资，实现自动控制(z dn kn zh)都有利。由此都有利。由此可制得更强的氧化剂和还原剂。可制得更强的氧化剂和还原剂。可降低反应温度，十分有利（电极电位变化可降低反应温度，十分有利（电极电位变化1V，相当于升温，相当于升温300）。）。第119页/共143页第一百一十九页，共144页。n电子是最干净的化学试剂，有利于减少副反应和分离过程，减少环境污染，提电子是最干净的化学试剂，有利于减少副反应和分离过程，减少环境污染，提高产物的纯度。高产物的纯度。n电化学合成反应易控制，能更好地选择所需的产品。电化学合成反应易控制，能更好地选择所需的产品。n需要使用需要使用(shyng)大量的电能
97、（电能并不廉价）。大量的电能（电能并不廉价）。n电化学反应是一个二维空间，物质传递过程较复杂，反应速度受到限制。电化学反应是一个二维空间，物质传递过程较复杂，反应速度受到限制。第120页/共143页第一百二十页，共144页。阳阳 极：极：Zn = Zn2+2e-Zn = Zn2+2e-阴阴 极：极：Zn 2+2e- = Zn Zn 2+2e- = Zn Zn(OH)42- = 4OH- +Zn2+ Zn(OH)42- = 4OH- +Zn2+总反应总反应(fnyng)(fnyng)：Zn = ZnZn = Zn阳极阳极阴极阴极阳极(yngj)氧化电镀(dind)阳极阳极阴极阴极阳阳 极：极：2
98、 2AlAl+3+3H H2 2O O = = AlAl2 2OO3 3+6+6H H+ +6+6e e- - 阴阴 极：极：6 6H H2 2OO+6+6e e- - = 3= 3H H2 2+6+6OHOH- -总反应：总反应： 2 2AlAl+3+3H H2 2O O = = AlAl2 2OO3 3+3+3H H2 2第121页/共143页第一百二十一页，共144页。电化学合成(hchng)如烯烃氯化阳极阳极：RHC=CHRRHC=CHR + +2 2ClCl- - = = RHC-CHR RHC-CHR + +2 2e e- -阴极：阴极：ClCl2 2+2+2e e- - = 2=
99、 2ClCl- -ClClClClClCl2 2ClCl- -ClCl2 2电刷镀 电刷镀可对工件进行修补。镀电刷镀可对工件进行修补。镀笔的棉花包套部分与工件接触笔的棉花包套部分与工件接触(jich)(jich)，使电镀液刷于工件表面，使电镀液刷于工件表面，将金属镀到工件上。将金属镀到工件上。 第122页/共143页第一百二十二页，共144页。电化学抛光(hu xu po un) 工件作为阳极，通电时，发生选择性溶解。凸处溶解速率(sl)将大于凹处，从而起到平整工件表面的作用。 金属工件金属工件粘性薄膜粘性薄膜电解抛光液电解抛光液电解(dinji)加工工件作阳极，模件(工工具具)作阴极。根据电
100、流分布不均匀性，随着溶解进行，将工件加工成与模件的工作表面完全吻合。泵泵电解液电解液阴极阴极 ( (模具模具) )阳极阳极 ( (工件工件) )第123页/共143页第一百二十三页，共144页。6.5 金属的腐蚀(fsh)与防护6.5.1 化学腐蚀6.5.2 电化学腐蚀6.5.3 自然(zrn)条件下的主要腐蚀类型6.5.4 金属腐蚀的防止第124页/共143页第一百二十四页，共144页。金属金属(jnsh)的腐蚀：的腐蚀：当金属与周围的解质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起当金属与周围的解质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起(ynq)金金属的破坏。金属腐蚀是一个热力学自发的过
101、程。是高能量状态的金属单质向低能属的破坏。金属腐蚀是一个热力学自发的过程。是高能量状态的金属单质向低能量状态的金属的化合物转化的过程，是普遍存在的自然现象。量状态的金属的化合物转化的过程，是普遍存在的自然现象。 金属腐蚀造成的损失：GNP的24；1995年 1500亿元；2000年 2800亿元。除经济损失外，安全问题以及环境问题。充分利用现有防护(fngh)技术可减少1/3的损失。第125页/共143页第一百二十五页，共144页。金属腐蚀金属腐蚀(jn sh f sh)(jn sh f sh)的分类的分类根据腐蚀的机理分类：根据腐蚀的机理分类：（1）化学腐蚀）化学腐蚀（2）电化学腐蚀）电化学
102、腐蚀根据腐蚀的形态分类：根据腐蚀的形态分类：（3）均匀腐蚀）均匀腐蚀（4）局部腐蚀）局部腐蚀还可以根据介质还可以根据介质(jizh)环境分类。环境分类。第126页/共143页第一百二十六页，共144页。6.5.1 化学(huxu)腐蚀单纯由于化学单纯由于化学(huxu)作用而引起的腐蚀叫做化学作用而引起的腐蚀叫做化学(huxu)腐蚀。如高温腐腐蚀。如高温腐蚀和无导电性的非水溶液中的腐蚀。蚀和无导电性的非水溶液中的腐蚀。 钢铁(gngti)的高温脱碳Fe + O2 FeO, Fe2O3, Fe3O4Fe3C + O2 3Fe + CO2Fe3C + CO2 3Fe + 2COFe3C + H2O
103、 3Fe + CO + H2氧化层脱碳层金属基体CO2CO第127页/共143页第一百二十七页，共144页。6.5.2 电化学腐蚀(fsh) 金属与电解质溶液接触时，由电化学作用而引起的腐蚀叫做金属与电解质溶液接触时，由电化学作用而引起的腐蚀叫做(jiozu)电化学腐蚀。金属在大气、土壤、海水中、人体内以及绝大多数工业介质中电化学腐蚀。金属在大气、土壤、海水中、人体内以及绝大多数工业介质中的腐蚀都是电化学腐蚀。的腐蚀都是电化学腐蚀。 电化学腐蚀的特点是形成微观腐蚀原电池。这种原电池是只导致金属的电化学腐蚀的特点是形成微观腐蚀原电池。这种原电池是只导致金属的腐蚀破坏，不对外输出电能的短路的原电池
104、。腐蚀破坏，不对外输出电能的短路的原电池。第128页/共143页第一百二十八页，共144页。通常的腐蚀性物质是：通常的腐蚀性物质是： H+(包括各种包括各种( zhn)酸酸)，O2，CO2，H2S以及以及一些细菌（一些细菌（SRB）；）；H2O是一种载体，而是一种载体，而Cl-是促进剂。是促进剂。在腐蚀原电池中：负极上进行氧化反应（阳极）：金属失去电子，变成金属离子进入介质(jizh)，被腐蚀；正极上进行还原反应（阴极）：腐蚀性物质获得电子被还原。 正负极被金属基体短路，介质(jizh)内部正负极之间有离子的迁移传送电流。 第129页/共143页第一百二十九页，共144页。阳极区（负极）阴极区
105、（正极）IMn+DDne-ne-ne-电解质氧化性物质-“去极化剂”金属基体低高第130页/共143页第一百三十页，共144页。常见常见(chn jin)的腐蚀阴极过程的腐蚀阴极过程析氢腐蚀析氢腐蚀在酸性介质中，腐蚀的阴极反应为在酸性介质中，腐蚀的阴极反应为H+还原成氢气析出还原成氢气析出(xch)。2H+ 2e- = H2(g)吸氧腐蚀吸氧腐蚀在中性和碱性介质中，腐蚀的阴极过程为介质中溶解氧还原成的在中性和碱性介质中，腐蚀的阴极过程为介质中溶解氧还原成的OH-过程。过程。O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-第131页/共143页第一百三十一页，共144页。二氧化碳二氧化碳(r yng
106、 hu tn)腐蚀腐蚀以溶解在水中的二氧化碳以溶解在水中的二氧化碳(r yng hu tn)的水解产物作为腐蚀氧化剂。的水解产物作为腐蚀氧化剂。CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3- H H2 2 H H2 2 + + HCO HCO3 3- -硫化氢腐蚀(fsh)以溶解(rngji)在水中的硫化氢的水解产物作为腐蚀氧化剂。 H H2 2S S = = HS HS- - + H + H+ +H H2 2第132页/共143页第一百三十二页，共144页。腐蚀的阳极过程：金属腐蚀的阳极过程：金属(jnsh)的溶解的溶解Fe = Fe2+ + 2e- 当溶液中c(Fe2+) =
107、 10-6molL-1时，认为已经发生(fshng)腐蚀。 钢铁腐蚀后的Fe2+可形成二次产物Fe(OH)2、Fe(OH)3、FeCO3、FeS、Fe3O4、Fe2O3等。可能保护金属，减小腐蚀速度，也可能引起更严重的局部腐蚀！第133页/共143页第一百三十三页，共144页。均匀均匀(jnyn)腐蚀（全面腐蚀）腐蚀（全面腐蚀） 腐蚀在整个金属表面进行，无论从宏观还是腐蚀在整个金属表面进行，无论从宏观还是(hi shi)微观上都无法区微观上都无法区分阳极区与阴极区。或者说大量的微阴极与微阳极随机分布，宏观上金属自溶分阳极区与阴极区。或者说大量的微阴极与微阳极随机分布，宏观上金属自溶解均匀进行。
108、解均匀进行。第134页/共143页第一百三十四页，共144页。局部局部(jb)腐蚀腐蚀 腐蚀只集中于金属表面局部区域，其它区域几乎不腐蚀。局部腐蚀的阴阳极区可腐蚀只集中于金属表面局部区域，其它区域几乎不腐蚀。局部腐蚀的阴阳极区可以分开，至少以分开，至少(zhsho)在微观上可以区分。而且大多数都是阳极区面积小，阴极区在微观上可以区分。而且大多数都是阳极区面积小，阴极区的面积相对很大。因而金属局部区域的溶解速度远远大于全面腐蚀的溶解速度。的面积相对很大。因而金属局部区域的溶解速度远远大于全面腐蚀的溶解速度。 从腐蚀控制的角度来看，局部腐蚀预测和防止仍存在困难，危害性远远大于均匀从腐蚀控制的角度来
109、看，局部腐蚀预测和防止仍存在困难，危害性远远大于均匀腐蚀。腐蚀。第135页/共143页第一百三十五页，共144页。电化学腐蚀实例：铜板上的铁铆钉容易生锈。带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中，表面电化学腐蚀实例：铜板上的铁铆钉容易生锈。带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中，表面(biomin)被潮湿空气或雨水浸润，空气中的被潮湿空气或雨水浸润，空气中的NaCl溶解其中，形成电解质溶液，这样溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池，铜作阴极，铁作阳极，所以铁很快腐蚀形成铁锈。组成了原电池，铜作阴极，铁作阳极，所以铁很快腐蚀形成铁锈。CuCuFeFe2 2e e- -FeFe2+2+OHOH- -1/2O2
110、+H2O+2e- =2OH-1/2O2+H2O+2e- =2OH-O2O2O2O2电化学腐蚀示意图电化学腐蚀示意图OHOH- -CuCu第136页/共143页第一百三十六页，共144页。6.5.3 自然条件(tiojin)下的主要腐蚀类型（1 1）大气）大气(dq)(dq)腐蚀腐蚀（2 2）淡水腐蚀）淡水腐蚀（3 3）海水腐蚀）海水腐蚀（4 4）土壤腐蚀）土壤腐蚀（5 5）微生物腐蚀）微生物腐蚀第137页/共143页第一百三十七页，共144页。6.5.4 金属腐蚀(jn sh f sh)的防止（1）合理选用耐腐蚀金属材料：正确选用对环境介质具有耐蚀性的材料，是腐蚀）合理选用耐腐蚀金属材料：正确
111、选用对环境介质具有耐蚀性的材料，是腐蚀防护中最积极的措施。耐蚀合金的开发防护中最积极的措施。耐蚀合金的开发(kif)是提高金属材料耐蚀能力的重是提高金属材料耐蚀能力的重要途径。如在炼钢时加要途径。如在炼钢时加Mn、Cr等元素制成不锈钢。等元素制成不锈钢。（2）介质处理：控制引起腐蚀的介质因素以减缓腐蚀。如加碱调整酸性介质的）介质处理：控制引起腐蚀的介质因素以减缓腐蚀。如加碱调整酸性介质的pH值使其增大以减缓析氢腐蚀、亚硫酸钠使溶液中的氧浓度降低以减缓吸氧腐值使其增大以减缓析氢腐蚀、亚硫酸钠使溶液中的氧浓度降低以减缓吸氧腐蚀等。蚀等。 第138页/共143页第一百三十八页，共144页。（3）非金
112、属防腐层：在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀）非金属防腐层：在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀介质隔开。介质隔开。（4）金属保护层：在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上）金属保护层：在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au、Ag、Ni、Cr、Zn、Sn等金属，保护金属基体。等金属，保护金属基体。（5） 缓蚀剂保护缓蚀剂保护: 在可能组成原电池的体系中加缓蚀剂，改变介质的性质，降在可能组成原电池的体系中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低低(jingd)腐蚀速度。腐蚀速度。第139页/共143页第一百三十九页，共144页。缓蚀剂：缓蚀剂：在腐蚀介质中在腐
113、蚀介质中添加添加(tin ji)少量能减少量能减少腐蚀速度的少腐蚀速度的物质抑制腐蚀物质抑制腐蚀的方法叫做缓的方法叫做缓蚀剂法，所添蚀剂法，所添加加(tin ji)的物质就叫缓的物质就叫缓蚀剂。蚀剂。氧化(ynghu)膜沉淀(chndin)膜吸附膜氧化型缓蚀剂如 NaNO2沉淀型缓蚀剂如 ZnSO4吸附型缓蚀剂如 RNH2第140页/共143页第一百四十页，共144页。（6）电化学保护：对被保护金属施加电流，使被保护体发生极化，减缓金属）电化学保护：对被保护金属施加电流，使被保护体发生极化，减缓金属的腐蚀，分为阳极保护和阴极保护。的腐蚀，分为阳极保护和阴极保护。阳极保护：用外电源，将被保护金属
114、接阳极，在一定的介质和外电压作用下，阳极保护：用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化。使阳极钝化。阴极保护：将被保护金属进行阴极保护：将被保护金属进行(jnxng)阴极极化以减缓腐蚀。包括外加电阴极极化以减缓腐蚀。包括外加电流法和牺牲阳极法。流法和牺牲阳极法。第141页/共143页第一百四十一页，共144页。两种阴极保护示意图外加电流保护法箭头(jintu)表示电流方向+ -直流电源辅助(fzh)阳极腐蚀(fsh)介质被保护设备牺牲阳极保护法箭头表示电流方向被保护设备接线盒牺牲阳极腐蚀介质第142页/共143页第一百四十二页，共144页。感谢您的观赏(gunshng)！第143页/共143页第一百四十三页，共144页。内容(nirng)总结1. 了解电极电势的概念和能斯特方程。C.温度升高，电阻也升高。(3)“”表示盐桥，使液接电势降到可忽略不计。在金属/溶液界面(jimin)上，对锌离子存在着矛盾着的两个作用。Ksp=1.810-10。除考虑电极电位和电化当量外，还需考虑活性物质的稳定性及材料来源。除干电池由锌极兼作容器外，其他都不用活性物质做容器。电池容量下降到某一规定容量所经过的时间，称为搁置寿命或贮存寿命。包括外加电流法和牺牲阳极法。感谢您的观赏第一百四十四页，共144页。
