电化学与金属腐蚀.ppt

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1、电化学与金属腐蚀第4章本章学习要求(3)了解电解池中电解产物一般规律，明确电化学腐蚀及其防止的原理。(1)了解原电池的组成、半反应式以及电极电势的概念。能用能斯特方程计算电极电势和原电池电动势。(2)熟悉浓度对电极电势的影响以及电极电势的应用：能比较氧化剂还原剂的相对强弱，判断氧化还原反应进行的方向和程度。目录4.1原电池4.3电极电势在化学上的应用4.4化学电源4.5电解4.6金属的腐蚀与防止4.2电极电势4.1原电池4.1.1原电池中的化学反应将氧化还原反应的化学能转变为电能的装置。正极反应：Cu2++2e-Cu负极反应：Zn-2e-Zn2+电势:Zn—低,Cu—高

2、电极名:Zn—负,Cu—正电池反应：Cu2++Zn→Zn2++Cu1、原电池组成与反应原电池结构盐桥的作用：盐桥是一倒插的U型管或其它装置,内含KCl或KNO3溶液，可用琼脂溶胶或多孔塞保护，使KCl或KNO3溶液不会自动流出。补充电荷、维持电荷平衡。K+2若干概念(1)原电池是由两个半电池组成的；半电池中的反应就是半反应,即电极反应。因此将半电池又叫电极。如：电池反应Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)在负极上发生Cu的氧化反应：Cu(s)=Cu2+(aq)+2e-在正极上发生Ag+的还原反应：2Ag+(aq)+2e-=2Ag(s)对于自发进行

3、的电池反应，都可以把它分成两个部分(相应于两个电极的反应)，一个表示氧化剂的(被)还原，一个表示还原剂的(被)氧化。对于其中的任一部分称为原电池的半反应式。(2)半反应（电极反应）涉及同一元素的氧化态和还原态：a(氧化态)+neb(还原态)从反应式可以看出，每一个电极反应中都有两类物质：一类是可作还原剂的物质，称为还原态物质，如上面所写的半反应中的Zn、Cu、Ag等；另一类是可作氧化剂的物质，称为氧化态物质，如Zn2+、Cu2+、Ag+等。式中n是按所写电极反应中电子的化学计量数(3)氧化态和相应的还原态物质能用来组成电对，通常称为氧化还原电对，用符号“氧化态/还原态”

4、表示。一般只把作为氧化态和还原态的物质用化学式表示出来，通常不表示电极液的组成。如，铜锌原电池中的两个半电池的电对可分别表示为Zn2+/Zn和Cu2+/Cu。又如:Fe3+/Fe2+,O2/OH-,Hg2Cl2/Hg,MnO4-/Mn2+等。(-)Zn｜ZnSO4(c1)CuSO4(c2)｜Cu(+)(4)任一自发的氧化还原反应都可以组成一个原电池。原电池装置可用图式表示。例如：Cu-Zn原电池可表示为规定:负极写在左边，正极写在右边，以双虚垂线()表示盐桥，以单垂线(

5、)表示两个相之间的界面。用“,”来分隔两种不同种类或不同价态溶液。3电极类型可用来组成半电池电极的氧

6、化还原电对，除金属与其对应的金属盐溶液以外，还有非金属单质及其对应的非金属离子(如H2/H+，O2/OH-，Cl2/Cl-)、同一种金属不同价的离子(如Fe3+/Fe2+，Cr2O72-/Cr3+，MnO4-/Mn2+)等。对于后两者，在组成电极时常需外加惰性导电体材料(惰性电极)如Pt，以氢电极为例，可表示为H+(c)

7、H2(p)

8、Pt。四类常见电极电极类型电对(例)电极金属电极Zn2+/ZnZn2+(c)

9、Zn非金属电极Cl2/Cl-Cl-(c)

10、Cl2(p)

11、Pt氧化还原电极Fe3+/Fe2+Fe3+(c1),Fe2+(c2)

12、Pt难溶盐电极AgCl/AgCl-(

13、c)

14、AgCl

15、Ag4.1.2原电池的热力学1.电池反应的△Gm与电动势E的关系对电动势为E的电池反应：Cu2++Zn→Zn2++Cu根据标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉布斯函数，可求得(298.15K时)：rHm=-217.2kJ·mol-1rGm=-212.69kJ·mol-1ΔrGm=w'max=-QE=-nFE在原电池中,非体积功w′即为电功we从热力学的化学反应等温式中，可得到下式：上式称为电动势的能斯特（W.Nernst）方程,电动势是强度性质,其值与反应中化学计量数的选配无关。∴ΔrGm=-nFE或ΔrGm=-nFE是系统可用来做非体积功的那部分能量Δr

16、Gm由于电池反应的K与标准电动势E的关系而ΔrGm=-nFE可得：当T=298.15K时：以上讨论可知，电化学方法实际上是热力学方法的具体运用。已知K与rGm的关系如下：4.2电极电势4.2.1标准电极电势如:(Zn2+/Zn);(Cu2+/Cu);(O2/OH-);(MnO4-/Mn2+);(Cl2/Cl-)等。原电池能够产生电流,表明原电池两极间存在电势差,即每个电极都有一个电势,称为电极电势。用符号:(氧化态/还原态)表示。两电极的值大小(高低)不同，其差值即为电池的电动势E。E=φ(正极)-φ(负极)目前测定电极电