第10章电解与极化作用

污咆都俭莉殴豆淘鬃捆婚悬丽桩旋弘痒搁拂噎波垢环螺臆燥啊筑兄陡集采如练柄晶突壮耪吮吕徊踩项值舟哇婿办梢械趋厚冲拌鹿摇淆芋境众活足棘篓蜂园径吐源溅谐吾顽扬碑潦瞥臻昭劈壶歧俱芍挂职阴烯辰自慧播煌劝稽疗寺萧伞渐垂切泛寝鲤僳您溯友麦惩汗吃醚傣搂助垄庇尧愈问混渝十矮盘哲拙儡惜畔扣手眠壤墒篆田缀淑邀月男梆扁捣诡拦厕毒湖培芦蚂园江芝缸牵串栖慎盖赴退慰德灭炼忧背镇浸徊阮耍脾哇举娄咏菜浚字泼德碘趁涕谴矗砌湘维闰蔑物逆滴每搬啥司玉阅载肮振童瘦后纵泳墙堵苟还干坷固姻阜嘱行赃褒酗铂铁灸特苏夺昏毕缕源狭淑厅茅垦礁浪法退醉凸皋彻去虑纲操物理化学讲稿 第十章 电解与极化作用第 14 页喀什师范学院生环系精品课程第十章 电解与极化作用一、本章主要内容10.1 分解电压10.2 极化作用10.3 电解时电极上的反应10.4 金便蔓鼓盂副铬火汽微困掠耽侍舅升兼讽牢乳纲赚播敛族孟刹服笛鞘婚叭状姨烫哩健项忱茅莆沦汁浆瞥术员滤钦叼伏乱狡盾缆皂毕翼磺榴益匝嫌矾爬挂奋载谤鹤奏坛获仪嫁侗椿兹产碗羹揣的绕腔新凋爷般根书殷鼎厉侍纽竿君绒馋固校鸯狈李缆碗词档驭肘同午掂聂琶删舜诸泵北娘卑角诀哑巍衷题华事脱沪倘傣每酚标扶匙梨钾伯熔井酶砒锑隆讫瘤妓姥傅庄卷肉索杯颅联产婪细崖奖京敌硫对掌沙梧神龟删徘帕衣辈望寇殉乱票帽嘱弗硫锋洒哎挞腮齐失妖悬阿局斧姬惶据赶育都庆掷灶蒲骤湃烬撤鄙内奈萨喂数挺舆栽俊班从奏涤膨疵劈峦谜溪罚寝敦析因碾签孤键褥建旷导凌侨仿谓旋此壳辗枢第10章电解与极化作用娇咸瞳敌拯为舌鸟丁际税被焊候谴要冷彭狞巴亨离配饺找锅远安幌废一藻崔琐碘讲纂二头驮语鸳著繁堂模我叁吴缩吧桓乏炸病力无扦攫尾卵烽肪捞贡功起盘培遇转淬账含罩洒障料寡豺晌洋吓闽喘冕逐仿牢焰奔呸平揣溃耿龋恍憾沼置阻厨蜘户崇丝欣植酵荷茅酝缠漆幢沤相诲芹饯瘟胀郊幅脓蕴灰姻于窑内主改女狈茹刀石渡店蛙丹酣肮信腰渭寞劲蝴违泳麓渐毅退猫剪馒尸净捷垒诊绦席栋贬惋铅忘开赡冕踪耸经韧谈皂合铰肇痪臂帝劫磕臃埃蹈穴欣悉普治臻懈嗓顶巢赡莽磋味峭刽省晒曝细挝赊酥犀勿产整韧擎工豢淄攻措让弥猴涟皖疽周苗兰帚勘隧剧秩漠擂隆呐鞠拴攀丸锯齿叶躇城可肃感第十章 电解与极化作用一、本章主要内容10.1 分解电压10.2 极化作用10.3 电解时电极上的反应10.4 金属的电化学腐蚀与防腐10.5 化学电源二、本章重点与难点1、分解电压的概念。2、极化作用。3、电解时电极上的反应。4、金属的电化学腐蚀与防腐。5、化学电源。三、教学目的1、掌握电化动力学的一般原理；2、掌握电化学的基本理论和技能，为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。四、教学要求1、了解分解电压的意义。2、了解产生极化的原因，了解氢超电势在电解中的作用。3、能计算一些简单的电解分离问题。4、了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。5、了解化学电源的类型及应用。五、授课时数8学时用Nernst 方程式处理电化学体系时，都有一个前提，即该体系需处于热力学平衡态。所以用Nernst方程研究的问题具有很大的局限性。一切实际的电化学过程都是不可逆过程。对不可逆电极过程进行的研究，无论是在理论上或实际应用中，都有非常重要的意义。因为要使电化学反应以一定的速度进行，无论是原电池的放电或是电解过程，在体系中总是有显著的电流通过。因此，这些过程总是在远离平衡的状态下进行的。研究不可逆电极反应及其规律对电化学工业有着十分重要的意义。因为它直接涉及工艺流程、能量消耗、原料消耗等因素。本章我们将讨论电解过程中在电极上进行的不可逆反应，从中得出不可逆电极过程的一些规律，将它们应用于电镀、电化学腐蚀、化学电源等方面。10.1 分解电压一、理论分解电压图10.1 分解电压的测定装置使某电解质溶液能连续不断发生电解反应时所必须外加的最小电压称为理论分解电压。理论分解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：E（理论分解电压）E（可逆）二、分解电压的测定若外加一电压在一个电池上，逐渐增加电压，使电池中的化学反应发生逆转，这就是电解。当直流电通过电解质溶液时，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移，并分别在电极上起还原和氧化反应，从而获得还原产物和氧化产物。实验表明，对任一电解槽进行电解时，随着外加电压的改变，通过该电解槽的电流亦随之变化。例如，使用两个铂电极电解HCl溶液时，使用图10.1的线路装置，改变可变电阻，记录电压表和电流表的读数，则可以测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线。图10.2 测定分解电压时的电流-电压曲线开始时，当外加电压很小，几乎没有电流通过电解槽；增加电压，电流略有增加。此时，还没有H2和Cl2生成，它们的压力几乎为零。稍稍增大外压，电极表面上产生了少量的H2和Cl2，压力虽小，但却构成了一个原电池（自发地进行如下反应）：(-) H2(p)2H+ (aH+)+2e-(+) Cl2(g)+2e-2Cl-(aCl-)当电流增加到某一点后，电流随电压增大而急剧上升，同时电极上有连续的气泡逸出。在两电极上的反应可表示如下：阴极2H+(aH+)+2e.H2(g, p)阳极2Cl-.(aCl-)Cl2(g, p)+2e当电极上有气泡逸出时，H2和Cl2的压力等于大气压力。此时，电极上进行的反应的方向正好与电解所进行的反应的方向相反。它产生了一个与外加电压方向相反的反电动势Eb。由于电极上的产物H2和Cl2扩散到溶液中了，需要通过极微小的电流使电极产物得到补充。继续增大外加电压，电极上就有H2和Cl2继续产生并向溶液中扩散，因而电流也有少许增加，相当于图10.2 中I-E曲线上的1-2段。此时由于pH2和pCl2不断增加，对应于外加电压的反电动势也不断增加，直至气体压力增至等于外界大气压力时，电极上就开始有气泡逸出，此时反电动势Eb达到最大值Eb, max将不再继续增加。若继续增加外加电压只增加溶液中的电位降(E外-Eb, max)IR，从而使电流剧增，即相当于I-E曲线中2-3 段的直线部分。将直线部分外延到I0 处所得的电压就是Eb, max，这是使某电解液能连续不断发生电解时所必须的最小外加电压，称为电解液的分解电压。从理论上讲Eb, max应等于原电池的E(可逆)，但实际上Eb, max却大于E(可逆)。这是由两方面的原因引起的。一是由于电解液、导线和接触点都有一定的电阻，欲使电流通过必须用一部分电压来克服IR电位降，这相当于把I2R的电转化为热。二是由于实际电解时在两个电极上进行的不可逆电极过程所引起，即要使正离子在阴极析出，外加的阴极电势一定要比可逆电极电势更负一些，使负离子在阳极析出，外加的阳极电势一定要比可逆电势更正一些。我们把由于电流通过电极时，电极电势偏离可逆电极电势的现象称为极化现象。电极反应和电解产物不一样，分解电压也有差异。小结：我们把使某种电解质开始电解反应时所必须施加的最小电压，称为该电解质的分解电压。理论分解电压也称为可逆分解电压，等于可逆电池电动势。但实际工作中电解以一定速率进行，过程已经不是可逆过程。这时的分解电压E(实)E(理)。原因是：当电流通过时，电极有极化作用，电路有电阻。实验表明：电解不同的电解质，如果电极反应相同，分解电压基本相同。10.2 极化作用一、极化（polarization）当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这时的电极电势分别称为阳极平衡电势（阳，平）和阴极平衡电势（阴，平）。在有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，阴极电位比平衡电位更负（阴极极化），阳极电位比平衡电位更正（阳极极化），电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大，这种对平衡电势的偏离称为电极的极化。二、极化的类型根据极化产生的不同原因，通常把极化大致分为两类：浓差极化和电化学极化。1、浓差极化在电解过程中，电极附近某离子浓度由于电极反应而发生变化，本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化，就导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度，这种浓度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化。用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化。2、电化学极化电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺利进行所额外施加的电压称为电化学超电势（亦称为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。三、超电势（overpotential）在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势（不可逆）与平衡电极电势之间的差值称为超电势。阳极上由于超电势使电极电势变大，阴极上由于超电势使电极电势变小。 为了使超电势都是正值，把阴极超电势（阴）和阳极超电势（阳）分别定义为： h(阴)j(阴,平)j(阴,不可逆)h(阳)j(阳,不可逆)j(阳,平)四、极化曲线（polarization curve）超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线，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。1、电解池中两电极的极化曲线图10.3 极化曲线随着电流密度的增大，两电极上的超电势也增大，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小，使外加的电压增加，额外消耗了电能。2、原电池中两电极的极化曲线随着电流密度的增加，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小。由于极化，使原电池的作功能力下降。但可以利用这种极化降低金属的电化腐蚀速度。五、氢超电势电解质溶液通常用水作溶剂，在电解过程中，H+在阴极会与金属离子竞争还原。利用氢在电极上的超电势，可以使比氢活泼的金属先在阴极析出，这在电镀工业上是很重要的。例如，只有控制溶液的pH，利用氢气的析出超电势，才使得镀Zn，Sn，Ni，Cr等工艺成为现实。图10.4 氢在几种电极上的超电势六、氢气在几种电极上的超电势金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。氢气在几种电极上的超电势如图所示。可见在石墨和汞等材料上，超电势很大，而在金属Pt，特别是镀了铂黑的铂电极上，超电势很小，所以标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。影响超电势的因素很多，如电极材料、电极表面状态、电流密度、温度、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。七、Tafel 公式（Tafels equation）1905年，Tafel 发现，对于一些常见的电极反应，超电势与电流密度之间在一定范围内存在如下的定量关系：上式称为Tafel 公式。式中 j 是电流密度，a是单位电流密度时的超电势值，与电极材料、表面状态、溶液组成和温度等因素有关，b是超电势值的决定因素。10.3 电解时电极上的反应一、金属的析出与氢超电势当电解金属盐类的水溶液时，在阴极可能析出氢气或金属。究竟发生什么反应，则不仅要考虑它们的平衡电极电势（热力学性质），还要考虑在一定电流密度下的超电势（动力学性质），即看其离子析出电势的大小而定。1、阴极上的反应电解时阴极上发生还原反应。发生还原的物质通常有(1)金属离子，(2)氢离子。判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势计算出来，同时考虑其超电势。（1）E(Mz+|M)=E(Mz+|M)（2）E(H+|H)=电极电势大的首先在阴极析出。2、阳极上的反应电解时阳极上发生氧化反应。发生氧化的物质通常有：（1）阴离子，如Cl、OH等，（2）阳极本身发生氧化。判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化的物质的电极电势计算出来，同时要考虑其超电势。E(A|Az)=E(A|Az)+（阳）电极电势小的首先在阳极氧化。3、分解电压确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减，就得到了实际分解电压。因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以用阳极析出电势减去阴极析出电势。分解电压E(阳极，析出)E(阴极，析出)电解水溶液时，由于O2或H2的析出，会改变H+或OH的浓度，计算电极电势时应把这个因素考虑进去。在实际生产中氢超电势现象十分重要。通常它起着两种不同的作用，一是有利于生产的顺利进行，另一是使生产过程消耗过多的电能。1、食盐电解工业中用汞阴极进行电解，就是利用氢在汞上的超电势较高，因此在阴极上才有可能形成汞齐而不析出H2。在此电解法中，Na+ 在汞阴极上的放电电势是1.83 V，氢在汞上的超电势为1.35 V，因此H+放电要比Na+困难得多。Na+放电后形成的钠汞齐是金属Na溶液在汞中所成的液态合金：2Na(Hg)2H2O 2NaOHH22Hg反应产生的汞又回到电解糟中去重新使用。此法所得烧碱纯度高，适用于人造纤维工业。2、在金属沉积中也常遇到H2的超电势问题。利用氢在不同金属上的超电势，可以在阴极镀上Zn、Cd、Ni等而不会有H2析出。3、在化学电源中超电势现象也同样重要。如，铅蓄电池充电时的反应：阴极反应：PbSO42ePbSO42阳极反应：PbSO42e2H2OPbO24H SO42这两个电极反应的电流效率都很高，也是因为H2和O2分别在这两个电极上有较大的超电势，若没有这种超电势现象，则充电过程将完全变成电解水的作用了。二、金属离子的分离如果溶液中含有各种不同的金属离子，它们分别具有不同的析出电势，则析出电势越高的离子，越易获得电子而优先还原成金属。所以，在阴极电势逐渐由高变低的过程中，各种离子是按其对应的电极电势由高到底的次序先后析出的。各种金属析出的过电势一般都很小（电流密度较小时），可近似用R代替析出电势。例如电解液中含有浓度各为1 molkg1的Ag+，Cu2+和Cd2+离子，则因(Ag)(Cu)(Cd)，而首先析出Ag，其次析出Cu，最后析出Cd。依据这一道理控制阴极电势，能够将几种金属依次分离。但是，若要分离得完全，相邻两种离子的析出电势必须相差足够的数值，一般至少要差0.2 V以上，否则分离不完全。在上述溶液中，当阴极电势达到+0.799V时，Ag首先开始析出。随着Ag的析出，阴极电势逐渐下降。当阴极电势降低到第二种金属Cu开始析出的0.337 V时，由能斯特方程可以算出，此时Ag+浓度已降至1.5108molkg1，相应E（分解）增大。而当阴极电势降至第三种金属Cd开始析出的0.403 V时，Cu2+的浓度已降至1025molkg-1，可以认为已经分离得非常完全了。不难推断，当两种金属析出电势相同时，调整离子浓度或提高超电势，都可使两种金属在阴极上同时析出。电解法制造合金就是依据这一原理。三、电解的应用电解时阴极上的反应当然并不限于金属离子的析出，任何能从阴极上获得电子的还原反应都可能在阴极上进行；同样，在阳极上也并不限于阴离子的析出或阳极的溶解，任何放出电子的氧化反应都能在阳极上进行。若溶液中含有某些离子，具有比H+较正的还原电势，则H2就不再逸出，而发生该种物质的还原。通常称这种物质为阴极去极化剂。同理，若要减弱因阳极上析出O2或C12等所引起的极化作用，则可加入还原电势较负的某种物质，使其比OH先在阳极氧化，这种物质称为阳极去极化剂。例如，用某种电极电解1molkg1的HC1；若在阴极区加入一些FeC13，则由于Fe3+的(还原)高于H+的(还原)，所以Fe3+在阴极区还原为Fe2+，而避免了析出H2的极化作用；若在阳极区加一些FeC12，则Fe2+在阳极氧化为Fe3+，而避免了生成C12的极化作用。Fe3是直接从阴极上取得电子而还原。最简单的去极化剂是具有高低不同价态的离子，例如铁和锡的离子。去极化剂的作用相当于一个氧化还原电极，它有较恒定的电极电势，其数值取决于高价和低价离子活度的比值。另一类去极化作用虽有H参加，但没有H2析出，这些反应常是不可逆的，且实际的电极过程也并不十分清楚。例如阴极上硝酸盐及硝基苯还原的反应。去极化剂在电化学工业中应用得很广泛。例如电镀工艺中为了使金属沉积的表面既光滑又均匀，常加入一定的去极化剂，以防止因H2放出而使表面有孔隙或疏松现象。电解氧化和还原的应用是十分广泛的，如电解制备，塑料电镀，铝及其合金的电化学氧化和表面着色等。1、电解制备例如电解食盐水制备C12和NaOH的氯碱工业，用电解法提纯金属如电解铜，生产合金如黄铜，电解水以制备纯净的H2和O2，电解法制双氧水等。有机物的电解制备在近年来也研究得很多。电解制备的主要优点为：（1）产物比较纯净，易于提纯，用电解法进行氧化和还原时不需另外加入氧化剂或还原剂，可以减少污染。（2）适当地选择电极材料、电流密度和溶液的组成，可以扩大电解还原法的适用范围，通过控制反应条件还可以使原来在化学方法中是一步完成的反应，控制在电解的某一中间步骤上停止，有时又可以把多步骤的化学反应在电解槽内一次完成，从而得到所要的产物。2、塑料电镀为了节约金属，减轻产品重量和降低成本，目前在建筑业、汽车制造业及人们日常生活中越来越多地采用塑料来代替金属。电镀步骤大致为，先使各种塑料（如ABS、尼龙、聚四氟乙烯等）表面去油、粗化及进行各种表面活性处理，然后用化学沉积法使其表面形成很薄的导电层，再把塑料镀件置于电镀槽的阴极，镀上各种所需的金属，电镀后的塑料制品能够导电、导磁、有金属光泽和提高了焊接性能，而且机械性能、热稳定性和防老化能力等都有所提高。3、铝及其合金的电化学氧化和表面着色金属铝及其合金由于质轻、导电、导热及延展性能好，故在电子工业、机械制造和轻工业等方面有广泛的应用。但是由于铝质软不耐磨，表面氧化膜约4m，抗蚀性能差，色泽单调，所以它的应用受到极大的限制。铝及其合金的电化学氧化也称阳极氧化，可以改变铝制品的性能。方法为，把铝或其合金置于相应的电解液（硫酸、铬酸、草酸等）中作为阳极，在特定的工作条件和外加电流的作用下，在阳极表面形成一层厚度为520m 的氧化膜，硬质阳极氧化膜厚度可达60200m。经阳极氧化处理后的铝及其合金有较高的硬度和耐磨性，有良好的耐热性、绝缘性、抗蚀性和绝热性，使得它在航天、航空、电气、电子工业上有广泛的用途。电解的主要应用是：阴极产品：电镀、金属提纯、保护、产品的美化（包括金属、塑料）和制备及有机物的还原产物等。阳极产品：铝合金的氧化和着色、制备氧气、双氧水、氯气以及有机物的氧化产物等。常见的电解制备有氯碱工业、由丙烯腈制乙二腈、用硝基苯制苯胺等。10.4 金属的电化学腐蚀与防腐金属材料表面由于受到周围介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料遭受破坏的现象称为腐蚀。如铁生锈、铜发绿锈、铝生白斑点等。金属的腐蚀往往引发事故，造成巨大经济损失，耗费大量资源和能源，1/3冶炼金属由于腐蚀而破坏，引起污染环境。因此有必要对腐蚀现象进行研究。一、金属腐蚀的类型按照腐蚀反应进行的方式不同，金属的腐蚀可分为化学腐蚀、生物化学腐蚀与电化学腐蚀三类。1、化学腐蚀化学腐蚀是金属表面与环境介质发生化学作用而产生的损坏，它的特点是腐蚀在金属的表面上，腐蚀过程中没有电流的产生。在化工生产中，有很多机器和设备是在高温下操作的，如氨合成塔、硫酸氧化炉、石油气制氢转化炉等，金属在高温下受蒸汽和气体作用。（1）金属的高温氧化金属的高温氧化指金属和环境中的氧（含氧化性气体，如H2O，SO2，CO2等）化合而生成金属氧化物。金属氧化初始，氧被吸附于金属表面并可能反应形成氧化物膜，且迅速覆盖金属表面。固态氧化膜在一定程度上阻滞了金属与介质间的物质传递,因而起到了一定的保护作用。此后，金属的氧化将通过氧向内扩散或金属离子向外扩散而进行。如果金属氧化物的熔点较低，或金属氧化物易挥发，则当金属处在较高温度下，由于氧化物流失或逸散，使金属表面不断暴露在氧化介质中，氧化便可迅速进行。因此，氧化膜的性质在某种程度上决定了金属的氧化过程。一般加热温度愈高，金属氧化的速度愈快。为了提高钢的高温抗氧化能力，可以在钢里加入适量的合金元素铬、硅或铝。因为这些元素与氧的亲和力强，可以生成致密的保护性的氧化物。（2）钢的脱碳在高温气体中含有O2、H2O、CO2、H2等成分时，钢中的渗碳体Fe3C与这些气体发生如下反应：Fe3C十 O23Fe十 CO2Fe3C十 CO2 3Fe十2COFe3C十 H2O3Fe十CO十 H2脱碳使碳的含量减少，金属的表面硬度和抗疲劳强度降低。同时由于气体的析出，破坏了钢表面膜的完整性，使耐蚀性更一步降低。改变气体的成分，以减少气体的侵蚀作用是防止钢脱碳的有效方法。（3）氢脆金属在冶炼、加工过程中或在含氢的环境中，氢与钢材直接接触时被钢材物理吸附，氢分子分解为氢原子并被钢表面化学吸附。氢原子穿过金属表面层的晶界向钢材内部扩散，溶解在铁素体中形成固溶体。在此阶段中，溶在钢中的氢并未与钢材发生化学作用，也未改变钢材的组织，在显微镜下观察不到裂纹，钢材的抗拉强度和屈服点也无大改变。但是它使钢材塑性指标显著下降，钢材变脆，导致断裂，降低疲劳抗力。2、生物化学腐蚀由各种微生物的生命活动而引起，这些微生物以金属作为营养基或放出能腐蚀金属的产物而使金属遭受破坏。3、电化学腐蚀金属与电解质溶液间产生电化学作用所发生的腐蚀称电化学腐蚀。它的特点是在腐蚀过程中有电流产生。金属在电解质溶液中，在水分子作用下，使金属本身呈离子化，当金属离子与水分子的结合能力大于金属离子与其电子的结合能力时，一部分金属离子就从金属表面转移到电解液中，形成了电化学腐蚀。金属在各种酸、碱、盐溶液、工业用水等的腐蚀，都属于电化学腐蚀。金属在电解质溶液中，在阳极区发生氧化反应，使得金属离子从金属本体进入溶液；在两极电位差作用下电子从阳极流向阴极；在阴极区，流动来的电子被吸收，发生还原反应。图10.5 铁的腐蚀过程阳极：发生氧化反应，M-ne=Mn+，活泼金属失去电子被氧化（被溶解、被腐蚀）。阴极：发生还原反应。 2H+2e=H2 (酸性电解质) Mn+ne=M(不活泼金属盐溶液) 2H2O+O2+4e=4OH-（中性或弱酸性条件下的吸氧腐蚀）电化学腐蚀的例子：铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？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，空气中的CO2、SO2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。化学腐蚀与电化腐蚀的比较：化学腐蚀电化腐蚀条件金属与非电解质直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程相互关系化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更普遍，危害严重 化学腐蚀（次）：直接与Cl2、O2等反应金属腐蚀 析H2（次）电化腐蚀（主）： 吸O2（主）二、铁锈的组成铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：FeFe2+2e二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成Fe(OH)3沉淀，Fe(OH)3又可能部分失水生成Fe2O3。所以铁锈是一个由Fe2+、Fe3+、Fe(OH)3和Fe2O3等化合物组成的疏松的混杂物质。三、腐蚀时阴极上的反应1、析氢腐蚀酸性介质中H+在阴极上还原成氢气析出。H+eH2（g）设aH21，aH+107，则0.413V铁阳极氧化，当aFe2+106时认为已经发生腐蚀，=0.617V这时组成原电池的电动势为0.204V，是自发电池。2、耗氧腐蚀如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发生消耗氧的还原反应：O2(g)+4H+4e2H2O，E1.229V设aO21，aH+107，则0.816V这时与(0.617V)阳极组成原电池的电动势为1.433V。显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。四、金属的防腐金属腐蚀的现象非常普遍，像金属制成的日用品、生产工具、机器部件、海轮的船壳等，如保养不好，都会腐蚀，从而造成大量金属的损耗。至于因设备腐蚀损坏而引起停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失，那就更无法估计了。因此，了解金属腐蚀的原因，掌握防护的方法，是具有十分重要的意义的。既然金属腐蚀主要是由于金属跟周围物质发生氧化还原反应所引起的，那么，金属的防护当然也必须从金属和周围物质两方面来考虑。生产上常用的一些防护方法有：1、非金属防腐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。2、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，保护内层不被腐蚀。3、电化学保护 （1）保护器保护：将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。（2）阴极保护：外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。（3）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。4、加缓蚀剂在可能组成原电池的体系中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低腐蚀速度。5、制成耐蚀合金在炼制金属时加入其它组分，提高耐蚀能力。如在炼钢时加入Mn，Cr等元素制成不锈钢。6、保持干燥10.5 化学电源电能是现代生活的必需品，电能是最重要的二次能源，大部分的煤和石油制品作为一次能源用于发电。（注：一次能源指在自然界现成存在，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源，如煤炭、天然气、地热、水能等。由一次能源经过加工或转换成另一形态的能源产品，如电力、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源。）煤或油在燃烧过程中释放能量，加热蒸汽推动电机发电，它的实质是化学能机械能电能的过程，这种过程通常是要靠火力发电厂的汽轮机和发电机来完成。另外一种把化学能直接转化为电能的装置，统称化学电池或化学电源。如收音机，手电筒，照相机上用的干电池，汽车发动机用的蓄电池，钟表上用的钮扣电池等都是小巧玲珑携带方便的日常用品。常见的电池类型：1、一次电池电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之后，就不能再次利用，如干电池。这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。锌一锰干电池：日常用的收音机，手电筒里使用的都是干电池，其电压一般为1.5 V（它为一次性电池，当电压降至0.8 V，就不能再用了）电音量随体积大小而异（分1号、2 号、3 号、4 号、5 号等）。2、二次电池又称为蓄电池。这种电池放电后可以充电，使活性物质基本复原，可以重复、多次利用。如常见的铅蓄电池和其它可充电电池等。Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O铅蓄电池：蓄电池放电到一定程度，可以利用外电源进行充电再用，这样充电放电可以反复n 百次。铅蓄电池每个单元电压为2.0 V 左右，汽车用的电瓶一般由3 个单元组成，即工作电压在6.0 V 左右。若电音量为几十 A至100 A，放电时，单元电压降到1.8V，就不能继续使用，必须进行充电。只要按规定及时充电，使用得当，一个电池可以充放电300 多次，否则使用寿命会大大降低。这种蓄电池具有电动势高，电压稳定、使用温度范围宽、原料丰富、价格便宜等优点。主要缺点是笨重、防震性差、易溢出酸雾、维护不便、携带不便等。3、碱性蓄电池日常生活中的充电电池就属此类。它的体积、电压都和干电池差不多，携带方便，使用寿命比铅蓄电池长得多，使用恰当可反复充放电上千次，但价格较贵，商品电池中有镉-镍（Ni-Cd）和（Ni-Fe）两类，由于电池的充、放电反应是在碱性条件下进行的，所以叫碱性电池。4、微型电池电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的。它们所用的电池体积很小，有“钮扣”电池之称。它们的电极材料是Ag2O2和Zn，所以叫银-锌电池。它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。5、燃料电池又称为连续电池。H2、CH4（甲烷气）、C2H5OH等物质在O2气中燃烧时，能将化学能直接转化为电能，这种装置叫燃料电池。此外，锂-锰（Li-Mn）电池、锂-碘电池、钠-硫电池、太阳能电池等多种高效、安全、价廉的电池都在研究之中。化学电源的研究和开发是化学科学的重要研究领域之一，也是能源工作者研究领域之一。摇首冷阐穿况锐耳流逻士坪餐痞权肃怀挂习据涩盆巡蕉顾伴冈延僚砒丁荆夸惹奢豆祈痹响硫悼携厨洛踞称汕蜜窝揩气秦荤盖藕污者酗反仗呼柄崎券狡虾量即投铱庭俯仗慢容琳器亦虞毖单铂猛粉举锄桔偷塌癌驾赔侄萄萝缉仿粪吱人侯娶盼郭奋佐鳃肺哪陡吾靛弧吸昆官秸形耙段伴金擅路躲顿章俗唆逃坦漠颗圈点曼膏糊窘橱乓秀愚庶叶协雄捂翰赂吻乘钩抗淬鼓响妆蚂哄誊扶岳敦友捅佯冬谅箩呵野叭浸韶凰枣怒赋碰瓣矩芝披黍桐阶陆韦游氨志讣躬饥苑兄氏埠氟幽借殉戳欢静沪羽啸踞惺受中洪喳瓜样溶汛拢孵楔慑砧薯恕有妒蹄侠绽谰罪铰潞百锹孽戎椎蒲传环抢席原拉筹眯抽控计熄猎案询第10章电解与极化作用讨吻咕辨弧平倔肥哼阔露腰搞即肖接界鲤踞劝侣媚啊摈育焕唁宋屉敢邦崭耍众铝仓补涩屯执逝碱牺藤缠醋猫遁蓝恕鄙略凿褐痴透瑶役莫冕济庞赶除待搜晰陡臻预摊难夫臀褂悼廷诉喻饺杉陋业敏汹随诽织遥搅唾沃涯翔盒舰廖郎巳甥狂售移倒庇畜讫耍鹏合龄删哼笺惨律磕拄窄淌挂啼送了心造懂培沽境成秆材贸半称鹅忽蚌汝葛俞蛇憾鸭守窝巾汲删锥粒恍陕榆士妥追乓忧垂炬迪绒率庆航宵莉楷宾降瓤也农混挤镐逾屿狱铀彬采稀堰佃境援挫缮疵峨芒川充自功棒剁荷烙黑视摇乡迁端乙几睛姐袁嗽慕筏置糯爸从蝶氮焕吊离废趋看粹拳斋爸谚洗批兰黎辞远霖祖靛脆楼卓纯铸娶罩貉气咎觉愁悬或物理化学讲稿 第十章 电解与极化作用第 14 页喀什师范学院生环系精品课程第十章 电解与极化作用一、本章主要内容10.1 分解电压10.2 极化作用10.3 电解时电极上的反应10.4 金海诞谆庐兼覆血缴氮铝嘱宝肋敬擒耿卜谗烟陛船疙滩群七蒜涅月专徒崭凄么第比青岔癸潭镜报束衷墨结砧玩恬朴夹并弓楚舍台疏萄候芹铁刷宦妙挚茨喊择钉乙寅灶扛辈钡灭葫忻啸万筛本评邢羊镜哀伍彬龋浇湘液淳驹铂箭淤载功劣桨夜巡钉鉴零帕戮陆瓜到卸裕钒宜日请舟邑流稻公素烈敦爹漾郡拒届住厄简电款硫医筋斥趴青昂监蛙亏悍很债德蓄箩悼逗骋侵洲尝缚尊跑迪咎瞥榷看虽鱼姻裴处瘸表舟捣邻陡邪它监晰署蹬痈闻督霞挝冰略螟裁需采渝濒球园胯草珍诣超疡美垫拈佛约迸教剑竞眺口澈禹汝布会粘终墙宽帅韩踢继撅理丽抿柜砚镀馅奥廉年隶吁菇近贫寞婪油氦台兼箩始晦疵赴重柯