氧化还原反应与电化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三节第三节 电解与金属腐蚀、防护电解与金属腐蚀、防护第1页2.分解电压分解电压(E分分)例：例：Pt为电极电解为电极电解 0.1molL-1NaOH溶液溶液阳极阳极 4OH(aq)=O2(g)+2H2O(l)+4e阴极阴极2H+(aq)+2e=H2(g)(-)Pt,H2(p)|H+(110-13 molL-1)|OH-(0.1 molL-1)|O2(p),Pt(+)内部电池内部电池反电池反电池第2页 O2/OH-=0.401+(0.059/4)lg1/(0.1)4=0.46 V H+/H2=0+(0.059/2)lg(10-13)2/1=-0.77 VE反反=正正-负负=0.46 (-0.77)=1.23 V电解水时电解电流电解水时电解电流随外加电压改变随外加电压改变E理理=1.23 VE实实=1.7 V1.7 V第3页(1)理论分解电压理论分解电压(E分分(理理)克服理论反电动势所需电压克服理论反电动势所需电压(2)实际分解电压实际分解电压(E分分(实实)使电解反应得以顺利进行所需最低电压使电解反应得以顺利进行所需最低电压(3)超电压超电压(E超超)E超超=E分分(实实)E分分(理理)第4页3.极化与超电势极化与超电势(1)极化极化 极化：析出电势偏离平衡电势现象极化：析出电势偏离平衡电势现象 超电势超电势()：偏离部分：偏离部分第5页(2)极化产生原因极化产生原因 浓差极化浓差极化 因为电极表面附近和溶液深处离子浓度差异引发因为电极表面附近和溶液深处离子浓度差异引发极化极化 (次要原因次要原因)结果：结果：阴阴,阳阳,进而进而 E反反 因因为电化学反化学反应阻力引阻力引发极化极化(主要原因主要原因)电化学极化电化学极化结果：结果：阴阴,阳阳,进而进而 E反反第6页结果：结果：阴阴,阳阳,进而进而 E反反以以H+放电为例：放电为例：H+(本体溶液）本体溶液）H+（电极表面）（电极表面）H+（电极表面）（电极表面）+e H(并吸附在电极表面上）并吸附在电极表面上）H H2(吸附在电极上氢分子）吸附在电极上氢分子）H2 H2（g)(形成氢气离开电极表面）形成氢气离开电极表面）第7页(3)超超电势()金属析出超电势较小，气体较大。金属析出超电势较小，气体较大。电解池电解池：极化使：极化使 E反反 原原电电池池：极化使：极化使 E 阳极超电势阳极超电势(阳阳)阳阳(析析)=阳阳(平平)+阳阳 阴极超电势阴极超电势(阴阴)阴阴(析析)=阴阴(平平)阴阴第8页4.电解产物判断规律电解产物判断规律(1)标准：标准：阴极阴极 还原反原反应 析出析出电势较高高氧化氧化态物物质 阳极阳极 氧化反氧化反应 析出析出电势较低低还原原态物物质 阳阳 小小 还 同学！同学！对象：象：溶溶质、溶、溶剂、电极等极等第9页(2)放电普通规律放电普通规律电极电极阴阴 极极(还原还原)阳阳 极极(氧化氧化)反应物质反应物质金属离子或金属离子或 H+离子离子 金属或负离子金属或负离子 1.电极电势大于电极电势大于Al金属离子放电，金属离子放电，析出析出对应金属对应金属;2.电极电势小于等电极电势小于等于于Al金属离子不金属离子不放电放电,放电是放电是H+离离子子,得到得到H2。1.除除Pt、Au外，外，金属金属做阳极时，做阳极时，金属失金属失电子电子发生溶解发生溶解 2.惰性电极惰性电极简单负离简单负离子子如如S2-、I-、Br-、Cl-等放电等放电得到对应单质得到对应单质 3.复杂负离子复杂负离子时不能时不能放电放电,是是OH-放电放电,得到得到O2电电 解解 产产 物物第10页 用石墨做电极电解用石墨做电极电解CuCl2溶液溶液 阳极反应阳极反应:阴极反应阴极反应:2Cl-=Cl2+2e Cu2+2e=Cu 用石墨做电极电解用石墨做电极电解Na2SO4溶液溶液 阳极反应阳极反应:阴极反应阴极反应:4OH=2H2O+O2+4e2H+2e =H2用金属镍做电极电解用金属镍做电极电解NiSO4溶液溶液 阳极反应阳极反应:阴极反应阴极反应:Ni=Ni2+2e Ni2+2e=Ni电镀原理电镀原理第11页5.电解应用电解应用(1)电镀电镀(2)电抛光电抛光(3)电解加工电解加工(4)阳极氧化阳极氧化金属做阳极，发生溶解金属做阳极，发生溶解第12页(1)电镀电镀第13页電解拋光機制示意圖(2)电抛光电抛光第14页l金属制品为阳极，金属制品为阳极，金属钝化与金属溶解交替进行金属钝化与金属溶解交替进行l金属表面上凸起部分钝化稳定性低于凹陷部分，溶解金属表面上凸起部分钝化稳定性低于凹陷部分，溶解速率较高，对金属制品表面起整平与出光作用速率较高，对金属制品表面起整平与出光作用l不一样金属电抛光需要特定成份电解液中和工艺条件不一样金属电抛光需要特定成份电解液中和工艺条件l电抛光理论依然是不够成熟。电抛光理论依然是不够成熟。第15页(3)电解加工电解加工基于电解过程中阳极溶解原理并借助于成型阴极，将工件按一定形状和尺寸基于电解过程中阳极溶解原理并借助于成型阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型一个工艺方法，称为电解加工。加工成型一个工艺方法，称为电解加工。第16页阴极阴极阳极阳极加工前加工前阴极阴极阳极阳极加工后加工后伴随工具相对工件不停跟进，工件金属不停被电解，电解产物不伴随工具相对工件不停跟进，工件金属不停被电解，电解产物不停被电解液冲走，最终两极间各处间隙趋于一致，工件表面形成停被电解液冲走，最终两极间各处间隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相同形状。与工具工作面基本相同形状。对于难加工材料、形状复杂或薄壁零件加工含有显著优势。对于难加工材料、形状复杂或薄壁零件加工含有显著优势。炮管膛线，叶片，整体叶轮，模具，异型孔及异型零件，倒角和炮管膛线，叶片，整体叶轮，模具，异型孔及异型零件，倒角和去毛刺等加工。去毛刺等加工。第17页(4)阳极氧化阳极氧化铅板作阴极，金属为阳极，形成一层氧化膜。铅板作阴极，金属为阳极，形成一层氧化膜。应用最广是铝和铝合金阳极氧化应用最广是铝和铝合金阳极氧化 阳极反应：阳极反应：2Al+6OH=Al 2O3+6e+3H2O (主主)4OH=2H2O+4e+O2 (次次)阴极反应：阴极反应：2H+2e =H2应用：建筑材料，太阳能集热装置，仪表外壳，装饰应用：建筑材料，太阳能集热装置，仪表外壳，装饰品及工艺品等。品及工艺品等。第18页三、金属腐蚀与防护三、金属腐蚀与防护金属腐蚀：在使用过程中，因为受周围环境影响，发生金属腐蚀：在使用过程中，因为受周围环境影响，发生化学或电化学作用，而引发金属材料损坏现象化学或电化学作用，而引发金属材料损坏现象发达国家每年因金属腐蚀而造成经济损失约占其国民生产总值发达国家每年因金属腐蚀而造成经济损失约占其国民生产总值3.53.54.24.2，超出每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损，超出每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失总和。失总和。在中国在中国,因为金属腐蚀造成经济损失每年高达因为金属腐蚀造成经济损失每年高达300亿元以亿元以上上,占国民生产总值占国民生产总值4%。第19页第20页1.金属化学腐蚀金属化学腐蚀金属材料与干燥气体或非电解质反应而引发破坏金属材料与干燥气体或非电解质反应而引发破坏(1)钢铁高温氧化钢铁高温氧化(2)钢脱碳钢脱碳 (3)氢脆氢脆(4)高温硫化高温硫化(5)铸铁肿胀铸铁肿胀 第21页2.电化学腐蚀电化学腐蚀 因为电化学作用所引发腐蚀因为电化学作用所引发腐蚀(组成腐蚀电池组成腐蚀电池)Fe Fe2+(aq)+2 e2 H+(aq)+2 e H2阳极阳极阴极阴极Fe Fe2+(aq)+2eO2+2H2O(l)+4e 4OHFe2+OH-O2-H2OFe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3(1)析氢腐蚀析氢腐蚀(酸性介质酸性介质)阳极阳极 阴极阴极(2)吸氧腐蚀吸氧腐蚀第22页(3)差异充气腐蚀差异充气腐蚀是因为水中不一样深度氧浓度差异造成是因为水中不一样深度氧浓度差异造成a 氧分压大，为阴极。氧分压大，为阴极。b 氧分压小，为阳极。氧分压小，为阳极。上段生锈，下段蚀坑。上段生锈，下段蚀坑。第23页3.防护办法防护办法(1)合金化法合金化法制成合金，增大极化，制成合金，增大极化，提升耐腐蚀性提升耐腐蚀性(2)保护层法保护层法 电镀电镀金属保护膜金属保护膜、非金属材料涂层非金属材料涂层(3)缓蚀剂法缓蚀剂法 在腐蚀介质中加入少许能减小腐蚀速率物质来预在腐蚀介质中加入少许能减小腐蚀速率物质来预防腐蚀方法防腐蚀方法(4)电化学保护法电化学保护法 第24页(4)电化学保护法电化学保护法 阴极保护法阴极保护法 牺牲阳极法牺牲阳极法 被保护金属被保护金属 腐腐蚀电池阴极池阴极 外加活外加活泼金属金属 腐腐蚀电池阳极池阳极(1-5%)外加电流法外加电流法 被保护金属被保护金属 电解池阴极解池阴极(连电源源负极极)外加电极外加电极 电解池阳极解池阳极(连电源正极源正极)第25页第26页小小 结结实质实质氧化数改变氧化数改变得失电子得失电子直接接触进行直接接触进行吸放热吸放热电化学电化学关键关键电极电势电极电势平衡电势平衡电势 氧化还原反应氧化还原反应分开进行分开进行析出电势析出电势 析析 超电势超电势第27页组成、结构、符号表示组成、结构、符号表示电极反应电极反应电池反应电池反应E 0自发自发反应反应产生产生双电层平衡双电层平衡定标定标 标准氢电极标准氢电极 表表电极电极,温度不讨论温度不讨论浓度浓度 Nernst方程方程应用应用原电池原电池反应反应相关原因相关原因平衡电势平衡电势 实测、与标准氢实测、与标准氢电极组成原电池电极组成原电池获取获取第28页阳阳阴阴极化极化产生产生 阴阴 阳阳原电池原电池 E电解池电解池 E反反 阴阴(析析)=阴阴(平平)-阴阴 阳阳(析析)=阳阳(平平)+阳阳电解池电解池应用应用浓差极化浓差极化电化学极化电化学极化析出电势析出电势 析析 求求 E分分(实实)判断电判断电解产物解产物超电势超电势第29页