電化學與金屬腐蝕

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1、電化學與金屬腐蝕第4章本章學習要求(3)了解電解池中電解產物一般規(guī)律，明確電化學腐蝕及其防止的原理。(1)了解原電池的組成、半反應式以及電極電勢的概念。能用能斯特方程計算電極電勢和原電池電動勢。(2)熟悉濃度對電極電勢的影響以及電極電勢的應用：能比較氧化劑還原劑的相對強弱，判斷氧化還原反應進行的方向和程度。目錄4.1原電池4.3電極電勢在化學上的應用4.4化學電源4.5電解4.6金屬的腐蝕與防止4.2電極電勢4.1原電池4.1.1原電池中的化學反應將氧化還原反應的化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置。正極反應：Cu2++2e-Cu負極反應：Zn-2e-Zn2+電勢:Zn

2、—低,Cu—高電極名:Zn—負,Cu—正電池反應：Cu2++Zn→Zn2++Cu1、原電池組成與反應原電池結構鹽橋的作用：鹽橋是一倒插的U型管或其它裝置,內含KCl或KNO3溶液，可用瓊脂溶膠或多孔塞保護，使KCl或KNO3溶液不會自動流出。補充電荷、維持電荷平衡。K+2若干概念(1)原電池是由兩個半電池組成的；半電池中的反應就是半反應,即電極反應。因此將半電池又叫電極。如：電池反應Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)在負極上發(fā)生Cu的氧化反應：Cu(s)=Cu2+(aq)+2e-在正極上發(fā)生Ag+的還原反應：2Ag+(aq)+2e

3、-=2Ag(s)對于自發(fā)進行的電池反應，都可以把它分成兩個部分(相應于兩個電極的反應)，一個表示氧化劑的(被)還原，一個表示還原劑的(被)氧化。對于其中的任一部分稱為原電池的半反應式。(2)半反應（電極反應）涉及同一元素的氧化態(tài)和還原態(tài)：a(氧化態(tài))+neb(還原態(tài))從反應式可以看出，每一個電極反應中都有兩類物質：一類是可作還原劑的物質，稱為還原態(tài)物質，如上面所寫的半反應中的Zn、Cu、Ag等；另一類是可作氧化劑的物質，稱為氧化態(tài)物質，如Zn2+、Cu2+、Ag+等。式中n是按所寫電極反應中電子的化學計量數(3)氧化態(tài)和相應的還原態(tài)物質能用來組成電對，通常

4、稱為氧化還原電對，用符號“氧化態(tài)/還原態(tài)”表示。一般只把作為氧化態(tài)和還原態(tài)的物質用化學式表示出來，通常不表示電極液的組成。如，銅鋅原電池中的兩個半電池的電對可分別表示為Zn2+/Zn和Cu2+/Cu。又如:Fe3+/Fe2+,O2/OH-,Hg2Cl2/Hg,MnO4-/Mn2+等。(-)Zn｜ZnSO4(c1)CuSO4(c2)｜Cu(+)(4)任一自發(fā)的氧化還原反應都可以組成一個原電池。原電池裝置可用圖式表示。例如：Cu-Zn原電池可表示為規(guī)定:負極寫在左邊，正極寫在右邊，以雙虛垂線()表示鹽橋，以單垂線(

5、)表示兩個相之間的界面。用“,”來分隔兩種不

6、同種類或不同價態(tài)溶液。3電極類型可用來組成半電池電極的氧化還原電對，除金屬與其對應的金屬鹽溶液以外，還有非金屬單質及其對應的非金屬離子(如H2/H+，O2/OH-，Cl2/Cl-)、同一種金屬不同價的離子(如Fe3+/Fe2+，Cr2O72-/Cr3+，MnO4-/Mn2+)等。對于后兩者，在組成電極時常需外加惰性導電體材料(惰性電極)如Pt，以氫電極為例，可表示為H+(c)

7、H2(p)

8、Pt。四類常見電極電極類型電對(例)電極金屬電極Zn2+/ZnZn2+(c)

9、Zn非金屬電極Cl2/Cl-Cl-(c)

10、Cl2(p)

11、Pt氧化還原電極Fe3+/Fe2+F

12、e3+(c1),Fe2+(c2)

13、Pt難溶鹽電極AgCl/AgCl-(c)

14、AgCl

15、Ag4.1.2原電池的熱力學1.電池反應的△Gm與電動勢E的關系對電動勢為E的電池反應：Cu2++Zn→Zn2++Cu根據標準摩爾生成焓和標準摩爾生成吉布斯函數，可求得(298.15K時)：?rHm=-217.2kJ·mol-1?rGm=-212.69kJ·mol-1ΔrGm=w'max=-QE=-nFE在原電池中,非體積功w′即為電功we從熱力學的化學反應等溫式中，可得到下式：上式稱為電動勢的能斯特（W.Nernst）方程,電動勢是強度性質,其值與反應中化學計量數的選配

16、無關?！唳Gm=-nFE或ΔrGm=-nFE是系統(tǒng)可用來做非體積功的那部分能量ΔrGm由于電池反應的K與標準電動勢E的關系而ΔrGm=-nFE可得：當T=298.15K時：以上討論可知，電化學方法實際上是熱力學方法的具體運用。已知K與?rGm的關系如下：4.2電極電勢4.2.1標準電極電勢如:?(Zn2+/Zn);?(Cu2+/Cu);?(O2/OH-);?(MnO4-/Mn2+);?(Cl2/Cl-)等。原電池能夠產生電流,表明原電池兩極間存在電勢差,即每個電極都有一個電勢,稱為電極電勢。用符號:?(氧化態(tài)/還原態(tài))表示。兩電極的?值大小(高低)不同，

17、其差值即為電池的電動勢E。E=φ(正極)-φ(負極)目前測定電極電