电解与极化作用ppt课件

电解与极化作用,分解电压,极化作用,电解时电极上的反应,金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化,电解与极化作用分解电压极化作用电解时电极上的反应金属的电化学,分 解 电 压,电极：,电解质溶液：,铂,1mol kg,1,H,2,SO,4,1mol kg,1,H,2,SO,4,分 解 电 压电极：电解质溶液：铂1mol,电解池：,(),Pt,1mol kg,1,H,2,SO,4,Pt(),正极反应,正极反应,4H,2H,2,O,2H,2,(g),4e,O,2,(g),4e,H,2,(g,p,H,2,),O,2,(g,p,O,2,),(),Pt,H,2,SO,4,(1molkg,-1,),Pt(),原电池：,电池反应,2H,2,O,O,2,(g),2H,2,(g),I,V,0,E,分解,2H,2,O,O,2,(g),4e,负极反应,负极反应,2H,2,(g),4H,4e,E,分解,由析出的,H,2,、O,2,构成的原电池的反电动势的最大值,使某电解质溶液能连续不断发生电解时所需最小电压,4H,+,4H,+,电解池：()Pt1mol kg1 H2SO4,E,可逆,(O,2,H,2,O,H,+,),(H,+,H,2,),(O,2,H,2,O,H,+,),E,可逆,(O,2,H,2,O,H,+,),1.229(V),E,分解,1.67(V),结 论,当,VE,分解,时，,电解反应才能实际发生,E,分解,E,可逆,实际,可逆,极化,E可逆(O2H2O,H+)(H+H2)(O2,极 化 作 用,平,当,I,0,时,平,超电势,浓差极化,极 化,电化学极化：,电极附近的浓度本体溶液浓度,反应活化能造成电极反应迟缓,(,阳),-,平,(,阴),(,阴,平),(,阴),(,阳),(,阳,平),极 化 作 用平当 I0时,平,设一电极反应:,M,Z+,Ze,M(s),溶液本体,M,Z+,浓度为,a，,电极表面附近,M,Z+,浓度为,a,e,平,lna,浓差极化：,ln a,e,ln,平,平,阳极反应：,a,e,a,阴极反应：,阴,阴，平,a,e,a,阳,阳，平,电化学极化：,阳极正电荷积累,阳,阳，平,阴极负电荷积累,阴,阴，平,平设一电极反应:MZ+ZeM(s)溶液本体 MZ+浓度为,超电势的测定,三电极装置,超电势的测定三电极装置,E,分解,阳,+,阴,0,E分解阳+阴0,0,V,输出,0V输出,对任一电化学装置均有:,E,分解,E,可逆,阴,阳,I,R,特别对于电解池有:,E,分解,E,可逆,阴,阳,I,R,或,E,分解,，,平,阴,阳,I,R,，,平,氢 超 电 势,ablg,j,(电流密度较大),j,(电流密度很小,),a、b、,为经验常数,a,50,mV,与电极材料、电极表面状态、溶液组成以及,T,有关,与电极材料本性有关,b,Tafel,公式,对任一电化学装置均有:E分解 E可逆阴阳,高,金属,(,a1.01.5V),如,P b,Zn,Cd,Hg,Ga,等,中,金属,(,a0.50.8V),如,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,Au,W,等,低,金属,(,a0.10.3V),如,Pt,Pd,等,高金属(a1.01.5V)如P b,Zn,Cd,氢在阴极上析出机理,(1),H,3,O,(,本体),H,3,O,(,阴极附近),反应物传质,(2),H,3,O,(,阴极附近),H,3,O,(,阳极上),前置转化,(3),H,3,O,Mee,MeH,H,2,O,Volmer,H,3,O,MeH,e,MeH,2,H,2,O,Heyrovsky,MeHMeH,2MeH,2,(4),复合脱附,(5),H,2,(,电极附近),H,2,(,本体),nH,2,H,2,电化学,液相传质和新相生成,氢在阴极上析出机理(1)H3O(本体)H3O(阴极附近,电解时电极上的反应,电解时电极上的反应,1,高的反应优先在阴极上进行,低的反应优先在阳极上进行,原则,电解还原与氧化的作用,2,电解还原,NaNO,3,2H,+,2e,NaNO,2,H,2,O,2,NaHSO,3,2H,+,2e,Na,2,S,2,O,4,2H,2,O,电解氧化,2(,NH,4,),2,SO,4,2H,2,O,(NH,4,),2,S,2,O,8,2NH,4,OHH,2,2,K,2,MnO,4,2H,2,O,2KMnO,4,2KOHH,2,电解时电极上的反应电解时电极上的反应1 高的反应优先在阴,以,Hg,为阴极,以,Pt,为阴极,有机氟电化学合成,电聚合,以Hg为阴极 以Pt为阴极 有机氟电化学合成电聚合,金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化,金属及其制品与周围介质发生化学或电化学作用而自发,腐蚀,地遭受破坏,腐 蚀,化学腐蚀,由于金属表面与介质接触发生化学作用,引起，反应过程中没有电流产生,生物化学腐蚀,由微生物的生命过程引起,电化学腐蚀,由金属和介质发生电化学反应引起，反,应过程中有电流产生,金属与介质之间形成原电池,腐蚀电池,使金属材料破坏而,不能对外作有用功的,短路电池,1.,金属的电化学腐蚀,金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化金属及其制品与周围介质发生,腐蚀电池,宏观电池,化学电池,浓差电池,微电池,金属表面上电化学不均匀性而构成的短路电池,同种金属浓度不同的电解液,两种不同金属电解质溶液,阳极过程,金属原子失去电子成为离子离开电极表面转,阴极过程,(释氢腐蚀),(吸氧腐蚀),入溶液或离子以固态产 物留在金属表面,氢离子的还原,或氧分子的还原,反应,腐蚀电池,M,M,Z+,(,溶液),Ze,或,MxH,2,O,M,Z+,xH,2,OZe,2H,+,2,e,H,2,(g),或,O,2,(g),4H,+,4,e,2H,2,O,腐蚀电池宏观电池化学电池浓差电池微电池 金属表面上电化学不均,带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的,CO,2,、SO,2,和海边空气中的,NaCl,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。,带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润,金属极化性能:,若金属的阳极极化较小，当阴极,若阴极为释氢反应，则使释氢反应去极化的物质均能加速金属的,其他的条件相同，极化曲线的斜率,越小，则腐蚀电流越大,金属的,平,：,其他的条件相同，腐蚀电池的初始,电势差越大，则腐蚀电流越大,反应及其极化曲线相同时，金属的电势,越负，腐蚀电流越大,H,2,：,腐蚀速率,影响金属腐蚀速率因素：,金属极化性能:若金属的阳极极化较小，当阴极若阴极为释氢反应，,金属的防腐,2.,在介质中加入缓蚀剂保护,改变金属电势使其处于电势,pH,图的免腐蚀区和钝化区,正确选用金属材料，合理设计金属结构,i,阳极电保护,ii,阴极电保护,iii,保护器保护,通电钝化金属,将被保护的金属构件与外电源的负极相接,牺牲阳极法保护,复盖层保护,阳极型缓蚀剂,直接阻止阳极表面的金属进入溶液,阴极型缓蚀剂,抑制阴极过程的进行，加大阴极极化,有机缓蚀剂,吸附在金属表面而增加了氢的超电势,金属的防腐2.在介质中加入缓蚀剂保护改变金属电势使其处,金属经阳极氧化或化学方法由活泼态转变为不活泼态,3,金属的钝化,钝化：,(钝态)的过程,钝化,化学钝化,电化学钝化,用强氧化剂处理,进行阳极极化,金属经阳极氧化或化学方法由活泼态转变为不活泼态3金属的钝化,