電解與極化作用課件

1、電解與極化作用分解電壓極化作用電解時(shí)電極上的反應(yīng)金屬的電化學(xué)腐蝕、防腐與金屬的鈍化電解與極化作用分解電壓極化作用電解時(shí)電極上的反應(yīng)金屬的電化學(xué)分 解 電 壓電極：電解質(zhì)溶液：鉑1mol kg1 H2SO41mol kg1 H2SO4分 解 電 壓電極：電解質(zhì)溶液：鉑1mol 電解池：() Pt1mol kg1 H2SO4Pt() 正極反應(yīng)正極反應(yīng)4H2H2O2H2(g) 4eO2(g)4eH2(g , pH2 )O2(g,pO 2 )() PtH2SO4 (1molkg -1 )Pt() 原電池：電池反應(yīng)2H2OO2(g)2H2(g) IV0E分解2H2OO2(g)4e負(fù)極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)2H2(

2、g) 4H4eE分解由析出的H2、O2 構(gòu)成的原電池的反電動(dòng)勢(shì)的最大值 使某電解質(zhì)溶液能連續(xù)不斷發(fā)生電解時(shí)所需最小電壓 4H+4H+電解池：() Pt1mol kg1 H2SO4E可逆(O2H2O,H+)(H+H2)(O2H2O,H+)E可逆(O2H2O,H+)1.229 (V)E分解1.67(V)結(jié) 論當(dāng)VE分解 時(shí)，電解反應(yīng)才能實(shí)際發(fā)生E分解 E可逆實(shí)際 可逆極化E可逆(O2H2O,H+)(H+H2)(O2極 化 作 用平當(dāng) I0時(shí)平超電勢(shì)濃差極化極 化電化學(xué)極化：電極附近的濃度本體溶液濃度反應(yīng)活化能造成電極反應(yīng)遲緩(陽)-平(陰)(陰,平)(陰) (陽)(陽,平)極 化 作 用平當(dāng) I0

3、時(shí)平設(shè)一電極反應(yīng):MZ+ZeM(s)溶液本體 MZ+ 濃度為a，電極表面附近 MZ+ 濃度為ae平lna濃差極化：ln aeln平平陽極反應(yīng)：aea陰極反應(yīng)：陰陰，平aea陽陽，平電化學(xué)極化：陽極正電荷積累陽陽，平陰極負(fù)電荷積累陰陰，平平設(shè)一電極反應(yīng):MZ+ZeM(s)溶液本體 MZ+ 濃度為超電勢(shì)的測(cè)定三電極裝置超電勢(shì)的測(cè)定三電極裝置E分解陽+陰0E分解陽+陰00V輸出0V輸出對(duì)任一電化學(xué)裝置均有: E分解 E可逆陰陽IR特別對(duì)于電解池有:E分解E可逆陰陽IR或E分解，平陰陽IR，平氫 超 電 勢(shì)ablg j(電流密度較大) j(電流密度很小)a、b 、 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)a50mV與電極材料、電極

4、表面狀態(tài)、溶液組成以及T有關(guān)與電極材料本性有關(guān)bTafel公式對(duì)任一電化學(xué)裝置均有: E分解 E可逆陰陽高金屬(a1.01.5V)如P b, Zn, Cd, Hg, Ga 等中金屬(a0.50.8V)如Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, W 等低金屬(a0.10.3V)如Pt, Pd 等 高金屬(a1.01.5V)如P b, Zn, Cd,氫在陰極上析出機(jī)理 (1)H3O(本體)H3O(陰極附近)反應(yīng)物傳質(zhì)(2)H3O(陰極附近)H3O(陽極上)前置轉(zhuǎn)化(3)H3OMeeMeHH2OVolmerH3OMeHeMeH2H2OHeyrovskyMeHMeH2MeH2(4)復(fù)合脫附(5)

5、H2(電極附近)H2(本體)nH2H2電化學(xué)液相傳質(zhì)和新相生成氫在陰極上析出機(jī)理 (1)H3O(本體)H3O(陰極附近電解時(shí)電極上的反應(yīng)電解時(shí)電極上的反應(yīng)1 高的反應(yīng)優(yōu)先在陰極上進(jìn)行低的反應(yīng)優(yōu)先在陽極上進(jìn)行原則電解還原與氧化的作用2電解還原NaNO32H+2eNaNO2H2O2NaHSO32H+2eNa2S2O42H2O電解氧化2(NH4)2SO42H2O(NH4)2S2O82NH4OHH22K2MnO42H2O2KMnO42KOHH2電解時(shí)電極上的反應(yīng)電解時(shí)電極上的反應(yīng)1 高的反應(yīng)優(yōu)先在陰以Hg為陰極 以Pt為陰極 有機(jī)氟電化學(xué)合成電聚合以Hg為陰極 以Pt為陰極 有機(jī)氟電化學(xué)合成電聚合金屬

6、的電化學(xué)腐蝕、防腐與金屬的鈍化金屬及其制品與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而自發(fā)腐蝕地遭受破壞腐 蝕化學(xué)腐蝕由于金屬表面與介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)作用引起，反應(yīng)過程中沒有電流產(chǎn)生生物化學(xué)腐蝕由微生物的生命過程引起電化學(xué)腐蝕由金屬和介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起，反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生金屬與介質(zhì)之間形成原電池腐蝕電池使金屬材料破壞而不能對(duì)外作有用功的短路電池1.金屬的電化學(xué)腐蝕金屬的電化學(xué)腐蝕、防腐與金屬的鈍化金屬及其制品與周圍介質(zhì)發(fā)生腐蝕電池宏觀電池化學(xué)電池濃差電池微電池 金屬表面上電化學(xué)不均勻性而構(gòu)成的短路電池同種金屬濃度不同的電解液兩種不同金屬電解質(zhì)溶液陽極過程金屬原子失去電子成為離子離開電極表面轉(zhuǎn)陰極過程(

7、釋氫腐蝕)(吸氧腐蝕)入溶液或離子以固態(tài)產(chǎn) 物留在金屬表面氫離子的還原或氧分子的還原反應(yīng)腐蝕電池MMZ+(溶液)Ze或MxH2OMZ+xH2OZe2H+2eH2 (g)或O2 (g) 4H+4e2H2O腐蝕電池宏觀電池化學(xué)電池濃差電池微電池 金屬表面上電化學(xué)不均 帶有鐵鉚釘?shù)你~板若暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤(rùn)，空氣中的CO2、SO2和海邊空氣中的NaCl溶解其中，形成電解質(zhì)溶液，這樣組成了原電池，銅作陰極，鐵作陽極，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。 帶有鐵鉚釘?shù)你~板若暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤(rùn)金屬極化性能:若金屬的陽極極化較小，當(dāng)陰極若陰極為釋氫反應(yīng)，則使釋氫反應(yīng)去極化的物質(zhì)均能

8、加速金屬的其他的條件相同，極化曲線的斜率越小，則腐蝕電流越大金屬的平：其他的條件相同，腐蝕電池的初始電勢(shì)差越大，則腐蝕電流越大 反應(yīng)及其極化曲線相同時(shí)，金屬的電勢(shì) 越負(fù)，腐蝕電流越大H2 ：腐蝕速率影響金屬腐蝕速率因素：金屬極化性能:若金屬的陽極極化較小，當(dāng)陰極若陰極為釋氫反應(yīng)，金屬的防腐2.在介質(zhì)中加入緩蝕劑保護(hù)改變金屬電勢(shì)使其處于電勢(shì)pH圖的免腐蝕區(qū)和鈍化區(qū)正確選用金屬材料，合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)i陽極電保護(hù)ii陰極電保護(hù)iii保護(hù)器保護(hù)通電鈍化金屬將被保護(hù)的金屬構(gòu)件與外電源的負(fù)極相接犧牲陽極法保護(hù)復(fù)蓋層保護(hù)陽極型緩蝕劑直接阻止陽極表面的金屬進(jìn)入溶液陰極型緩蝕劑抑制陰極過程的進(jìn)行，加大陰極極化有機(jī)緩蝕劑吸附在金屬表面而增