金屬腐蝕機(jī)理.doc

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1、Cu+→Cu2++e＝0.17V2H2O→4H++O2+4e＝1.229V此外，陽(yáng)極中含有比銅電勢(shì)更負(fù)的雜質(zhì)離子也可能從陽(yáng)極溶解。一般由于Cu2+離子的電極電勢(shì)較Cu+離子的更負(fù)，主要發(fā)生的二價(jià)銅離子的陽(yáng)極溶解；而一價(jià)銅離子的反應(yīng)為次要的，但因溶液中存在以下化學(xué)平衡：2Cu+=Cu2++Cu，Cu+的濃度雖很低，卻可能引起副反應(yīng)，使電流效率下降。陰極過(guò)程是陽(yáng)極過(guò)程的逆反應(yīng)，即Cu2+離子的還原：Cu2++2e-→Cu，盡管電解液是酸性，一般情況氫析出的電勢(shì)較銅更負(fù)，所以在陰極很少有氫氣析出。在銅電解精煉時(shí)，比銅電極電勢(shì)更負(fù)的雜質(zhì)如:Fe、Ni、Zn等，可在陽(yáng)極共溶，進(jìn)入電解液，但不能在

2、陰極與銅析出；而電極電勢(shì)較銅正的雜質(zhì)雖可能在陰極共析，卻不能在陽(yáng)極共溶而進(jìn)入電解液，只能進(jìn)入陽(yáng)極泥，這類(lèi)金屬包括Ag、Au、鉑族等。這樣就達(dá)到分離雜質(zhì)精煉金屬銅以及資源充分利用的目的。最危險(xiǎn)的雜質(zhì)是電極電勢(shì)與銅接近的雜質(zhì)，它們?cè)陉?yáng)極可能共溶，又可能在陰析共析，這要定期地對(duì)電解液進(jìn)行凈化，盡量降低這些離子在溶液中的積累。三*無(wú)機(jī)電合成1氯堿工業(yè)的電化學(xué)基礎(chǔ)2氯堿工業(yè)的發(fā)展3膜電解技術(shù)四*有機(jī)電合成1直接有機(jī)電合成2間接有機(jī)電合成§10.3電化學(xué)腐蝕與防護(hù)金屬腐蝕會(huì)導(dǎo)致國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大損失，美國(guó)在20世紀(jì)80年代初期的統(tǒng)計(jì)年損失達(dá)1千多億美元；估計(jì)我國(guó)的年損失在300億元以上。電化學(xué)腐蝕與

3、防護(hù)問(wèn)題既有我們?nèi)粘Ｉ畛Ｒ?jiàn)到的鋼鐵生銹、電池的點(diǎn)蝕等問(wèn)題，也與當(dāng)前新能源、新材料等領(lǐng)域密切相關(guān)?？梢哉f(shuō)，腐蝕與防護(hù)問(wèn)題存在于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，不斷地提出的新問(wèn)題促使腐蝕與防護(hù)成為一門(mén)迅速發(fā)展的綜合性邊緣學(xué)科。引起金屬腐蝕的主要原因是：金屬表面與周?chē)橘|(zhì)的生物、化學(xué)或電化學(xué)作用而導(dǎo)致金屬被破壞。這一節(jié)僅討論金屬表面與潮濕空氣、電解質(zhì)溶液等介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕——電化學(xué)腐蝕。一電化學(xué)腐蝕原理1．腐蝕電池金屬的電化學(xué)腐蝕是金屬與介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生的自溶解過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中金屬被氧化，所釋放的電子完全為氧化劑消耗，構(gòu)成一個(gè)自發(fā)的短路電池，這類(lèi)電池被稱(chēng)之為腐蝕電池。圖10

4、—7微電池示意圖（1）不同金屬與同一種電解質(zhì)溶液接觸就會(huì)形成腐蝕電池。例如：在銅板上有一鐵鉚釘，其形成的腐蝕電池如圖10—7所示。鐵作陽(yáng)極發(fā)生金屬的氧化反應(yīng)Fe→Fe2++2e-；同時(shí)在陰極銅上可能有如下兩種還原反應(yīng)：一般來(lái)說(shuō)，在空氣中氧分壓=21kPa時(shí)，(O2+2H2O+4e-→4OH-)＝1.23V,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于（2H++2e-→H2），所以吸氧腐蝕更容易發(fā)生，因而當(dāng)有氧氣存在時(shí)鐵的銹蝕特別嚴(yán)重。銅板與鐵釘兩種金屬(電極)連結(jié)一起，相當(dāng)于電池的外電路短接，于是兩極上不斷發(fā)生上述氧化—還原反應(yīng)，在水膜中生成的Fe2+離子與其中的OH—離子作用生成Fe(OH)2，接著又被空氣中氧繼續(xù)氧化

5、，即Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3Fe(OH)3乃是鐵銹的主要成分。這樣不斷地進(jìn)行下去，機(jī)械部件就受到腐蝕而遭損壞。（2）與電解質(zhì)溶液接觸的一種金屬也會(huì)因表面不均勻或含雜質(zhì)而在金屬表面形成無(wú)數(shù)微電池，這些微型腐蝕電池導(dǎo)致金屬被腐蝕。例如工業(yè)用鋼材其中含雜質(zhì)(如碳等)，當(dāng)其表面覆蓋一層電解質(zhì)薄膜時(shí)，鐵、碳及電解質(zhì)溶液就構(gòu)成微型腐蝕電池。該微型電池中鐵是陽(yáng)極：Fe→Fe2++2e-碳作為陰極：如果電解質(zhì)溶液是酸性，則陰極上有氫氣放出（2H++2e-→H2）；如果電解質(zhì)溶液是堿性，則陰極上發(fā)生反應(yīng)O2+2H2O+4e-→4OH-。雜

6、質(zhì)與金屬形成的微電池使鐵不斷被溶解而導(dǎo)致鋼材變質(zhì)。（3）金屬表面不同部位電解質(zhì)溶液濃度不均勻形成的濃差電池也能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。如將兩塊金屬鐵電極放在稀NaCl溶液中，在一個(gè)電極表面通氮?dú)饬硪浑姌O通空氣，這時(shí)兩電極間產(chǎn)生電勢(shì)差并引起了電流的流動(dòng)。該電池的電極反應(yīng)為：缺氧電極：陽(yáng)極Fe-2e-→Fe2+氧足電極：陰級(jí)O2+2H2O+4e-→4OH-在金屬表面各處由于空氣的充足程度不同而造成氧氣濃度不同，這樣形成的濃差電池致使金屬腐蝕，這就解釋了為什么裂縫處及水線(xiàn)下金屬常易有明顯腐蝕的原因。例如在兩個(gè)聯(lián)結(jié)管的接觸面處或螺紋聯(lián)結(jié)處，由于氧濃度低于其它處，就成為腐蝕電池的陽(yáng)極。當(dāng)把鐵板部分浸在稀

7、的氯化鈉溶液中，將會(huì)發(fā)現(xiàn)在鐵板下部很快就受到腐蝕，但是緊靠在水線(xiàn)下面的那個(gè)區(qū)域通常卻保持不受腐蝕。因?yàn)榫o靠在水線(xiàn)下面的溶液中含有較多的氧，它在陰極反應(yīng)中用去了電子。而水線(xiàn)較下部溶液中含有較少的氧，金屬會(huì)失去電子進(jìn)行陽(yáng)極反應(yīng)。從上面的分析可以看出：所形成的腐蝕電池陽(yáng)極反應(yīng)一般都是金屬的溶解過(guò)程M→Mz++ze-陰極反應(yīng)在不同條件下可以是不同的反應(yīng)，最常見(jiàn)的有下列兩種反應(yīng)：①H+離子還原成氫氣的反應(yīng)（釋氫腐蝕）2H++2e-→H2。該反應(yīng)通常容易