浅谈电化学在的电厂金属腐蚀与防护的应用.pdf

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1、门/lI譬浅谈电化学在的电厂金属腐蚀与防护的应用王曙光(中国海洋大学)中图分类号:TG17文献标识码:A文章编号:1009—914X(2015)05—0378一Ol1.腐蚀电池(原电池或微电池)lg【a(H+)】,a(H2。)=1上式可写成E=--(1O一15)在a(R),a(O)被指定时,电势E电厂金属的电化学腐蚀是电厂金属与介质接触时发生的自溶解过程在这与pH值成直线关系①.电势与pH无关的反应:②.这些反应只有电子得失,没个过程中电厂金属被氧化,所释放的电子完全为氧化剂消耗,构成一个自发的有H+或OH一离子参加例如反应Zn2+(aq)+2e一=Zn(s);E(Zn2++2e一一z

2、n)=一短路电池,这类电池被称之为腐蚀电池腐蚀电池分为三(或-)类:(1)不同电厂0.762+0.o295Ma(Zn2+)/a(Zn)l当a(Zn2+)=10—6、a(Zn)=1.0N,E(zn2++2e一金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池例如:在铜板上有一铁铆钉,一zn)=-0.939V3.水溶液中的氢、氧电极反应因为反应在水溶液中进行,反应其形成的腐蚀电池铁作阳极(负极)发生电厂金属的氧化反应:Fe—Fe2++2e一;与H2,02,H+,OH一关所以凡是以水作为溶剂的反应系统都一定要考虑氢、氧(Fe—Fe2十十2e)=一0.447V.阴极(正极)铜上可能有如下两种还原反应:

3、【a)在电极反应氢电极反应(①线):电应式2H+(a)+2e一一H2(p);当p(H2)=时,有E空气中氧分压=21kPa时:O2+4H++4e一一2H20;(O2+4H++4e一~2H20)(2H++2e一一H2):一0.0592pH(10--13)在E—pH图上是一条截距为零的直线,1.229V,(b)没有氧气时,发生2H++2e一一H2;(2H十+2e一一H2)=0V,有氧气斜率为一0.0592氧电极反应(②线):电极反应式O2(p)+2H+(a)+2e一~H20(1)在存在的电池电动势El=1.229~(-0.447):1.676V,没有氧气存在时,电池的电298.15K,a(

4、H20)=l、p(o2)=,E(O2+2H++2e~-H20)=1.229-0.0592pH该式动势E2=(一0.447)=0.47V可见吸氧腐蚀更容易发生,当有氧气存在时铁的表示氧电极反应的F_pH直线与氢电极的E-_IpH直线斜率相同,仅截距不同4.锈蚀特别严重铜板与铁钉两种电厂金属(电极)连结一起,相当于电池的外电路电势一pH图的应用(1)图1O一9中每条线上的点都表示zn—H2O系统的一个平短接,于是两极上不断发生一k述氧化一还原反应Fe氧化成Fe2+~A溶液,多余衡状态凡不在直线上的任何一点均为非平衡状态,且每条线上方为该线所代表的电子转向铜极上,在铜极上。2与H+发生还原反

5、应,消耗电子,并且消耗了H电极反应中氧化态稳定区,下方为还原态稳定区因此,在图上分别得到zn2+,+,使溶液的pH值增大在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH一离子作用生成Zn,Zn(OH)2的各自稳定存在区线②以上是02(氧化态)的稳定区,下方是H20Fe(OH)2,接着又被空气中氧继续氧化,即:Fe2++2OH—Fe(OH)24Fe(OH)(还原态)的稳定存在区;在线①以上是H+(氧化态)的稳定区、线①以下是H22+2H20+O2~4Fe(OH)3Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分这样不断地进行下去,(还原态)的稳定存在区(2)在E-1)H图中任意两条线所代表的电极反应都能构机械部件

6、就受到腐蚀(2)电解质溶液接触的一种电厂金属也会因表面不均匀或成一个化学反应例如线①与②所代表的电极反应构成的化学反应为:O2(g)含杂质微电池例如工业用钢材其中含杂质(虫口碳等),当其表面覆盖一层电解质+2H2(g)=2H20(1)该反应可视为氧电极和氢电极组成的燃料电池一般而言,高薄膜时,铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池该微型电池中铁是阳极:Fe—电势区直线所代表电极反应中的氧化态能氧化低电势区直线所代表反应中的Fe2++2e一碳作为阴极:如果电解质溶液是酸性,则阴极上有氢气放出还原态即:[氧化态l上二+[还原杰1下一[还原态止+[氧化态rF且二直线相距愈远,(2H++2e一一

7、H2);如果电解质溶液是碱性,则阴极上发生反应O2+2H2O+4e一以此二直线所代表电极反应组成电池时,电池的电动势就愈大,因此该氧化还一4OH一原反应的趋势就愈大如zn2++2e一=zn是线段a干表的平衡系统,该平衡位于①总结线下方,说明Zn在水溶液中是不稳定的溶液中H+被还原成H2(g),Zn被氧化从上面的分析可以看出:所形成的腐蚀电池阳极反应一般都是电厂金属的成Zn2+的反应2H++Zn=Zn2十+H2是自发进行的又因Zn的稳定区也在02

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