NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 第7章电化学 金属材料腐蚀 Chapter7 Electrochemistry Corrosion of metallic Materas
Electrochemistry & Corrosion of Metallic Materials Chapter 7 电化学 金属材料腐蚀 第7章
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 章教学要求 (1)了解原电池的组成、半反应式以及电极电 势的概念。能用能斯特方程计算电极电势和原电池 电动势。 (2)熟悉浓度对电极电势的影响以及电极电势 的应用:能比较氧化剂还原剂的相对强弱,判断氧 化还原反应进行的方向和程度。 (3)了解电解池中电解产物一般规律,明确电 化学腐蚀及其防止的原理。 制作张思敬等 理学院化学系2
制作:张思敬等 理学院化学系 2 (3)了解电解池中电解产物一般规律，明确电 化学腐蚀及其防止的原理。 (1)了解原电池的组成、半反应式以及电极电 势的概念。能用能斯特方程计算电极电势和原电池 电动势。 (2) 熟悉浓度对电极电势的影响以及电极电势 的应用：能比较氧化剂还原剂的相对强弱，判断氧 化还原反应进行的方向和程度。 本章教学要求
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 7.1原电池和电极电势 7.2电极电势的影响因素 7.3电极电势的应用 7.4化学电源 壑7.5金属材料的腐蚀与防腐 制作张思敬等 理学院化学系
制作:张思敬等 理学院化学系 3 7.1 原电池和电极电势 7.3 电极电势的应用 7.4 化学电源 7.5 金属材料的腐蚀与防腐 7.2 电极电势的影响因素
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 引言 在氧化还原反应中会发生电子的转移,那么能否利 用电子转移产生的电能对外作功呢?如果可能,通过什 么装置实现?电子转移的方向和能力的大小由哪些因素 决定?这一系列问题都涉及电化学。 电化学就是研究化学能与电能相互转化的科学。 铁器生锈,银器表面变暗以及铜器表面生成铜绿等都 是金属在环境中发生腐蚀的现象。金属腐蚀现象十分 遍,造成的损失也很惊人,因此,研究腐蚀的成因与防 护无疑具有十分重要的意义
在氧化还原反应中会发生电子的转移，那么能否利 用电子转移产生的电能对外作功呢？如果可能，通过什 么装置实现？电子转移的方向和能力的大小由哪些因素 决定？这一系列问题都涉及电化学。 电化学就是研究化学能与电能相互转化的科学。 铁器生锈，银器表面变暗以及铜器表面生成铜绿等都 是金属在环境中发生腐蚀的现象。金属腐蚀现象十分普 遍，造成的损失也很惊人，因此，研究腐蚀的成因与防 护无疑具有十分重要的意义。 引言:
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 7.1原电池和电极电势 7.1.1原电池 1.原电池的组成 一个能自发进行的氧化还原反应,不但有电子的转 移,而且还伴随有能量的变化。例如 Zn(s)+Cu2+(ag)=Zn2+(ag)+Cu(s) DG(29815K)= 212.55kJ mol-l 在氧化还原反应中,氧化剂和还原剂是在热运动产 生的有效碰撞中进行电子转移的。质点的热运动是不 定向的,其间转移的电子不可能定向地形成电流,化 学能便以热的形式散失到环境中去了
一个能自发进行的氧化还原反应，不但有电子的转 移，而且还伴随有能量的变化。例如： Zn(s)+Cu2+(aq)==Zn2+(aq)+Cu(s) (298.15K)=－ 212.55kJ·mol-1 在氧化还原反应中，氧化剂和还原剂是在热运动产 生的有效碰撞中进行电子转移的。质点的热运动是不 定向的，其间转移的电子不可能定向地形成电流，化 学能便以热的形式散失到环境中去了。 7.1 原电池和电极电势 7.1.1原电池 1. 原电池的组成
为了将氧化还原反应的 □M 化学能转化成电能,就必 伏特计 须把氧化剂和还原剂分隔國 NO,K+ 开,并让反应中转移的电 子通过金属导线定向移动。 NO NO 原电池國画就是符合这种 NO NO 要求的装置。 zn)→Zn2+(a)+2eCu2+(a)+2e→Cu(s 阳离子移动方向 阴离子移动方向 图7-1铜锌原电池 制作张思敬等 理学院化学系6
制作:张思敬等 理学院化学系 6 为了将氧化还原反应的 化学能转化成电能，就必 须把氧化剂和还原剂分隔 开，并让反应中转移的电 子通过金属导线定向移动。 原电池[动画]就是符合这种 要求的装置。 图7－1 铜锌原电池
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 盐桥是一支U型管,通常充满用KCl或KNO饱和了的琼 脂冻胶,其作用在于消除两杯溶液中由于电极反应而岀现 的带电现象,保持溶液的电中性,使整个原电池构成通路。 用导线连接锌片和铜片。电流计指针发生偏转,说明金 属导线中有电流通过。 这种利用氧化还原反应将化学能直接转变成电能的装置 称为原电池。 制作张思敬等 理学院化学系7
制作:张思敬等 理学院化学系 7 盐桥是一支U型管，通常充满用KCl或KNO3饱和了的琼 脂冻胶，其作用在于消除两杯溶液中由于电极反应而出现 的带电现象，保持溶液的电中性，使整个原电池构成通路。 用导线连接锌片和铜片。电流计指针发生偏转，说明金 属导线中有电流通过。 这种利用氧化还原反应将化学能直接转变成电能的装置 称为原电池
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 在Cu-zn原电池中,锌电极是负极(电子流出的电极) 在负极上发生氧化反应;铜电极是正极(电子流入的电极) 在正极上发生还原反应 负极:zn(s)-2e-=Zn2+(aq)氧化反应 正极:cu2+(aq)+2e-=Cu(s)还原反应 总反应:zn(S)+Cu2+(aq)==Zn2+(aq)+Cu(s) 电子由负极流向正极,电流方向与之相反。 制作张思敬等 理学院化学系8
制作:张思敬等 理学院化学系 8 在Cu-Zn原电池中，锌电极是负极（电子流出的电极）， 在负极上发生氧化反应；铜电极是正极（电子流入的电极）， 在正极上发生还原反应。 负极： Zn(s)-2e-=Zn2+(aq) 氧化反应 正极： Cu2+(aq)+2e-=Cu(s) 还原反应 总反应：Zn(s)+Cu2+(aq)==Zn2+(aq)+Cu(s) 电子由负极流向正极，电流方向与之相反
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 每个原电池都由两个半电池组成。每个半电池是由同 一种元素的不同氧化值的物种构成。氧化值高的物种称 为氧化态,如Cu2+,Zn2+等;氧化值低的物种称为还原 态,如Cu,Zn等。在一定条件下,氧化态物种和还原态 物种可相互转化。这种可逆的氧化还原半反应,用一个 通式表示为 氧化态+ze=还原态 式中z为电极反应中转移的电子计量数 这种由同一种元素的氧化态与对应的还原态物种所组 成的电极称为氧化还原电对,并用符号“氧化态/还原态 表示 制作张思敬等 理学院化学系9
制作:张思敬等 理学院化学系 9 每个原电池都由两个半电池组成。每个半电池是由同 一种元素的不同氧化值的物种构成。氧化值高的物种称 为氧化态，如Cu2+ ，Zn2+等；氧化值低的物种称为还原 态，如Cu，Zn等。在一定条件下，氧化态物种和还原态 物种可相互转化。这种可逆的氧化还原半反应，用一个 通式表示为： 氧化态 +z e－=还原态 式中z为电极反应中转移的电子计量数。 这种由同一种元素的氧化态与对应的还原态物种所组 成的电极称为氧化还原电对，并用符号“氧化态/还原态” 表示
NAN UMMERSTY OF NAHTLCTUO NO TLONOLOOY 2.原电池符号 原电池装置可用符号表示。如CuZn原电池的符号 可表示为 ()Zn Zn f (ci)Cu(c2)Cu(+) 其中单垂线“表示两个相之间的界面,双垂线 ∥/l 表示盐桥。按规定,负极写在左边,以“(-)”表示 正极写在右边,并以“(+)”表示。“c表示浓度。 若是气体物质,则要用分压表示。例如 (-)Zn|Zn2+(c)H(c)|H2(p)|Pt(+) 式中P为惰性电极。 制作张思敬等 理学院化学系10
制作:张思敬等 理学院化学系 10 原电池装置可用符号表示。如Cu-Zn原电池的符号 可表示为： (-)Zn| Zn2+(c1)‖Cu2+(c2)|Cu(+) 其中单垂线“|”表示两个相之间的界面，双垂线“‖” 表示盐桥。按规定，负极写在左边，以“（-）”表示； 正极写在右边，并以“（+）”表示。“c”表示浓度。 若是气体物质，则要用分压表示。例如： （-）Zn | Zn2+(c1) ‖H+ (c2) | H2（p）| Pt (+) 式中Pt为惰性电极。 2. 原电池符号