电化学与金属腐蚀的防护

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1、第二十四讲 电化学与金属腐蚀、有机化学和钢筋混凝土的腐蚀和防护                        一、内容提要：本讲主要是讲解原电池与电极电位、电解、有机化学、钢筋混凝土的腐蚀和防护等问题。二、本讲的重点及难点是：能斯特方程及其应用、有机化合物的分类及其命名、钢筋混凝土的腐蚀和防护措施三、内容讲解： 1、原电池与电极电位(一)氧化还原反应与原电池氧化还原反应是化学反应中的一大类，这类反应的本质是在反应中发生了电子转移。例如：电子由锌粒转移到H2S()4的H+离子上。给出电子的物项(Zn)是还原剂，其本身在反应中发生了氧化，其氧化态是升

2、高的。而接受电子的物项(H+)是氧化剂，其本身在反应中发生了还原，其氧化态是降低的。虽然，在每个氧化还原反应中都发生了电子转移。但当人们把氧化剂与还原剂放在一起发生反应时，并没有电流产生。因为电子直接由还原剂转移到氧化剂上，没有形成电子的定向流动，所以没有电流产生。而氧化还原反应放出的化学能也转化为热，散发在环境中，不能被利用来做功。只有通过特殊的装置，使氧化反应和还原反应分开在两个容器中进行，才有可能使氧化还原反应中的电子转移成为定向的电子流动，即形成电流，并利用此电能做功。这种能使氧化还原反应分开进行而产生电流的装置，称为原电池。原电池 ：是

3、将氧化还原反应的化学能直接转变为电能的装置。下面我们说一下原电池的组成。原电池作为一种化学电源，与其他任何电源一样，它必须具备两个电极，一个电极能向外电路发出电流，另一个电极能接受由外电路流入的电流。这样将原电池接人回路中，才能在回路中产生电流。通常我们把原电池中电子流出的一极称为负极，而把电子流入的一极称为正极。例如，把锌放在硫酸铜溶液中，锌溶解而铜析出。这是一个氧化还原反应，其化学方程式如下：  Zn+CuS04=Cu+ZnS()4或写成离子方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu在铜锌原电池中，锌板为负极，铜板为正极。当原电池起作用时，正极上

4、总是发生还原反应：我们还是以铜锌原电池为例，看一下原电池的装置及作用原理。下图所示为铜锌原电池。原电池表示方法：原电池可用符号表示。例如铜锌原电池可写作：（-）Zn

5、ZnSO4

6、

7、CuSO4

8、Cu(+) “

9、”表示相界面，是固相与液相或气相与液相的分界面。“

10、

11、”表示盐桥。“（-）”、“（+）”分别表示电池的负极和正极。习惯上把负极写在左边，正极写在右边。导体（如Zn、Cu等）总是写在电池符号的两侧。如果组成电极的物质是气体或者是同一元素的两种不同价态的离子，则需外加惰性电极。惰性电极是一种能够导电而不参加电极反应的电极。一般选用铂或石墨作为惰性

12、电极。例如氢锌原电池可写作（-）Zn

13、Zn2+

14、

15、H+

16、H2（Pt）(+)，若需要强调有关溶液的浓度（或气态物质的分压）则应在电池符号中标明有关物质的浓度（或分压），例如：（-）（Pt）H2(100kPa)

17、H+(1mol·dm-3)

18、

19、Cu2+(1mol·dm-3)

20、Cu(+)(二)原电池的电动势将原电池接入回路中，原电池即能作为电源产生电流，表明原电池的两极间存在一个电位差，亦即原电池的电动势，一般用E电池来表示。原电池中电动势总是等于正极电位与负极电位之差（E+-E-）(三)标准电极电位当指定电极中与电极反应有关的所有物项都处于热力学规定的

21、标准状态时，该电极即为标准电极，其电极电位即为标准电极电位，用符号E㈠来表示。标准电极电位表示了各种电极在标准状况下氧化还原能力的强弱，标准电极电位越负，表示该电对中的还原态物质是越强的还原剂，标准电极电位越正，表示电对中的氧化态物质是越强的氧化剂。在使用标准电极电位表时应注意。以上各种情况下的E㈠是相同的。（四）影响电极电位的因素影响电极电位的因素主要有下列几种：（1）电极材料（2）溶液中有关离子的浓度（或气态物质的分压）（3）温度通常试验是在室温（如不指明，则为298k）下进行的，所以对某一种指定的电极来说，有关离子浓度的改变往往是影响电极电

22、位的主要因素。下面我们介绍298k时电极电位与浓度的关系式——能斯特方程式对于任一电极反应：式中，EMn+/M—电极电位，EMn+/M(-)—标准电极电位，n电极反应中得失的电子数，—还原态物质在水溶液中的相对浓度，或相对分压—氧化态物质在水溶液中的相对浓度，或相对分压从能斯特方程式可知，氧化态物质浓度增大或还原态物质浓度减小，都会使电极电位值增大。反之，电极电位值减小。在应用能斯特方程式进行有关计算时，必须注意以下几点：在这电极反应中H+是与氧化态物质MnO4-同处一边的，故H+的相对浓度在能斯特方程式中按氧化态处理。而H2O的相对浓度不必写入

23、能斯特方程中，因为在稀溶液中反应，H2O的相对浓度变化很小，可看作常数。下面举两个例子来说明如何应用能斯特方程式计算电极电位。例1.计算