腐蚀与防护-第二章 电化学腐蚀热力学课件.ppt

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1、电化学腐蚀热力学§2.1电池过程§2.2电极与电极电位§2.3腐蚀过程的热力学判据§2.4电位-pH图腐蚀热力学的研究内容热力学研究体系的状态、反应的方向性等。自然界中的自发过程，其体系能量是降低的。化学热力学中引入各种状态函数，来判断化学反应的方向。如：用吉普斯函数判断定压过程的反应方向；用赫姆霍兹函数判断定容过程变化方向。腐蚀是以电化学反应为主的化学变化，用热力学理论来刻画其变化方向，回答材料在具体环境中是否发生腐蚀和发生腐蚀的倾向大小。腐蚀热力学以电极电位作为腐蚀倾向判别函数，建立相应理论和方法。注意：腐蚀倾向不等于腐蚀速度。没有倾向，不会有速度

2、；小的倾向，不可能出现大的速度；但大的倾向和大的速度没有必然。2.1电池过程原电池把化学能转化为电能的装置原电池的组成(a)外电路：负载，电流的外部通路(b)盐桥：电流的内部通路(c)电极：电池中发生氧化还原反应的场所。阳极反应：阴极反应：总反应：正极Cu2++2e=Cu电子（从外电路）流入原电池的一极。正极上总是发生还原反应，极板上是缺电子的，带正电荷。负极Zn=Zn2++2e电子从原电池流出（到外电路）的一极。负极上总是发生氧化反应。极板上电子是富余的，带负电荷。为了书写的方便，常用下列符号来表示原电池的结构：（1）以（+）表示原电池的正极，正极总

3、是写在右边；以（-）表示原电池的负极，负极总是写在左边。（2）正、负极中总是有一种导电的物质，如Zn、Cu、Ag、等还原态物质可作为电极导体，导体总是写在紧邻（+）、（-）的最旁边的位置。如果电对中的还原态物质不是导体，如Fe3+/Fe2+、H+/H2、Cl2/Cl-等，就需要加惰性电极，如：C（石墨）、Pt等。（3）“∣”表示两相的界面（4）“‖”表示盐桥。举例说明：(-)Zn∣ZnSO4‖CuSO4∣Cu(+)(-)Zn∣Zn2+‖H+∣H2(Pt)(+)(-)(Pt)H2(100kPa)∣H+(1.0mol/dm3)‖Cu2+(1.0mol/dm

4、3)∣Cu(+)(-)(Pt)Fe3(1.0mol/dm3),Fe2+(1.0mol/dm3)‖Ag+(1.0mol/dm3)∣Ag(+)原电池的符号表示总反应：2H++2e-=H2↑Zn-2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑电极反应正极：负极：简单原电池的正负极和电子流向如何判断？负极（–）：电子电流是不活泼金属或非金属，正极（+）：是活泼金属，本身失去电子，发生氧化反应。进电子，本身不反应，得电子发生还原反应。是溶液中的阳离子要用到金属活动性顺序表：注意：K,Ca,Na,Mg,Al,Zn,Fe,Sn,P

5、b,(H),Cu,Hg,Ag,Pt,Au…活泼性，还原性依次减弱。腐蚀电池（腐蚀原电池）实质上是个短路的原电池包括四部分：阳极、阴极、电解质溶液、外电路腐蚀电池工作要素电化学腐蚀的本质是形成了腐蚀电池。腐蚀电池起作用的要素为：（1）材料表面产生阳极和阴极，二者具有不同电位、位于不同位置；（2）阳极和阴极之间要有电性连接（电子导体通道）；（3）阳极与阴极均处于有导电能力的腐蚀环境内（离子导体通道）。总之，要有两种电极（阳极、阴极）和两种通道（电子通道、离子通道）。以锌在酸溶液中腐蚀为例，腐蚀电池工作过程如图2-1所示。腐蚀电池的工作历程（电化学腐蚀的过程

6、）①阳极过程②阴极过程③电荷的传递电化学腐蚀的次生过程如：铁和铜在氯化钠溶液中组成腐蚀电池，形成次生产物沉淀腐蚀电池的类型宏观腐蚀电池①电偶腐蚀（异种金属腐蚀）②浓差电池分为：溶液浓差电池、氧浓差电池、温差电池宏观腐蚀电池电极大小可用肉眼区分开的腐蚀电池称为宏观腐蚀电池。产生原因有：异种金属接触、环境中腐蚀介质浓度差异、温度差异。异种金属接触不同金属或合金接触后，当处于同一溶液中时，电位较负的材料成为阳极，不断被腐蚀，电位较正的材料得到保护。海水中航行的船体钢壳与铜合金推进器构成这类电池，它们又称为腐蚀电偶。环境中腐蚀介质浓度差异环境腐蚀成分浓度差异构

7、成的电池通称为“浓差电池”。常见浓差电池有“盐浓差电池”和“充气差异电池”。前者由氯离子等盐浓度差异造成，后者为含空气（主要是氧气）量的差异产生。这类电池用来解释“缝隙腐蚀”、“水线腐蚀”及“垢下腐蚀”等现象。温度差异同种金属的个部分处于不同温度中，可以构成温差电池。研究这种温度差对腐蚀影响的报道不多。有报道说，硫酸铜溶液中，高温铜是阴极，低温铜是阳极。铅的行为与铜类似，但银的极性与铜相反。估算表明，第一类电池的最大阴、阳极电位差可达几百毫伏，甚至一伏以上；第二类电池的最大电位差般只有几十毫伏；温差电池电位差只有几毫伏或更小。微观腐蚀电池微观腐蚀电池是

8、造成潮湿大气中洁净金属表面腐蚀的主要原因。特点：尺寸小，间距近。由于几方面的不均匀性造成。①材