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1、物理化学电子教案第九章第1页，本讲稿共76页第十章第十章 电解与极化作用电解与极化作用10.1 分解电压10.3 电解时电极上的竞争反应10.2 极化作用10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化10.5 化学电源*10.5 电有机合成简介第2页，本讲稿共76页本章学习目的和要求本章学习目的和要求1.1.了解分解电压的意义。了解分解电压的意义。了解分解电压的意义。了解分解电压的意义。2.2.了解产生极化作用的原因，了解超电势在电解中的作了解产生极化作用的原因，了解超电势在电解中的作了解产生极化作用的原因，了解超电势在电解中的作了解产生极化作用的原因，了解超电势在电解中的作用。用。用。用。3.
2、3.能计算一些简单的电解分离问题。能计算一些简单的电解分离问题。能计算一些简单的电解分离问题。能计算一些简单的电解分离问题。4.4.了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。第3页，本讲稿共76页 如前所述，对于如前所述，对于 G G 0 0 0的反应的反应，必须对系统作功，例如加入电功，反应才能，必须对系统作功，例如加入电功，反应才能进行。电解反应即是其中一种。进行。电解反应即是其中一种。前前 言言第4页，本讲稿共76页 使电能转化为化学能的装置称为电解池。当一个电池与使电能转化为化学能的装
3、置称为电解池。当一个电池与外接电源反向对接时，只要外加的电压大于该电池的电动势外接电源反向对接时，只要外加的电压大于该电池的电动势E,E,电池接受外界所提供的电能，电池中的反应发生逆电池接受外界所提供的电能，电池中的反应发生逆转，原电池就变成了电解池。转，原电池就变成了电解池。实际上若使电解池实际上若使电解池连续正常连续正常工作，所加电压工作，所加电压E E外外EE。第5页，本讲稿共76页 如：电解饱和食盐水制如：电解饱和食盐水制H H2 2、ClCl2 2 和和NaOHNaOH的氯碱工的氯碱工业中，业中，E E=1.3V=1.3V，槽电压为槽电压为2020 30V30V，为的是克服电阻，为的
4、是克服电阻和极化作用（和极化作用（在原电池放电与电解池电解时，都有在原电池放电与电解池电解时，都有一定量电流通过电极，电极平衡状态被破坏），此一定量电流通过电极，电极平衡状态被破坏），此过程为不可逆的，我们把这种过程为不可逆的，我们把这种电极电势偏离平衡电电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。极电势的现象称为电极的极化。本章介绍本章介绍电解池的极化作用电解池的极化作用、电解在工业上的应用电解在工业上的应用及及金金属的防腐和化学电源属的防腐和化学电源等。等。第6页，本讲稿共76页10.1 分解电压理论分解电压 使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作
5、为可逆电池时的可逆电动势。第7页，本讲稿共76页电解：电解：电解：电解：在电池上若外加一个直流电源，并逐渐增加电压在电池上若外加一个直流电源，并逐渐增加电压直至使电池中的物质在电极上发生化学反应，这就是直至使电池中的物质在电极上发生化学反应，这就是电解过程。电解过程。第8页，本讲稿共76页 下图是一个实验：在大气压力下，于下图是一个实验：在大气压力下，于1 mol1 moldmdm-3-3 的盐的盐酸溶液中放入两个铂电极，电极两端的电压由伏特计酸溶液中放入两个铂电极，电极两端的电压由伏特计V V测测出，电流由安培计出，电流由安培计G G测出，电位大小由可变电阻测出，电位大小由可变电阻R R的位
6、置调的位置调节。当外加电压很小时，几乎没有电流，电压增加，电流仍增节。当外加电压很小时，几乎没有电流，电压增加，电流仍增加很小。但当电压增到某一定值后，电流随电压的增加而急剧加很小。但当电压增到某一定值后，电流随电压的增加而急剧增加，如下图：增加，如下图：第9页，本讲稿共76页 这时两极出现气泡。图中的这时两极出现气泡。图中的D D点所示电压，是点所示电压，是使电使电解质在两极继续不断进行分解所须最小外加电压，称解质在两极继续不断进行分解所须最小外加电压，称为为分解电压分解电压。第10页，本讲稿共76页 在外加电压作用下，氢离子向阴极（负极）运动，在外加电压作用下，氢离子向阴极（负极）运动，在
7、阴极被还原为氢气。在阴极被还原为氢气。氯离子向阳极（正极）运动，在阳极被氧化为氯气。氯离子向阳极（正极）运动，在阳极被氧化为氯气。第11页，本讲稿共76页 上述电解产物与溶液中的相应离子在阴极和阳极上又上述电解产物与溶液中的相应离子在阴极和阳极上又构成氢电极与氯电极，从而形成如下电池：构成氢电极与氯电极，从而形成如下电池：此电池的电动势与外加电压相反，称为此电池的电动势与外加电压相反，称为反电动势。反电动势。第12页，本讲稿共76页 当开始施加外电压时，几乎无电流通过，阴、阳极上无H2(g)和Cl2(g)放出。随着E的增大，电极表面产生少量氢气和氯气，但压力低于大气压，无法逸出。电流I电压E测
8、定分解电压时的电流-电压曲线 所产生的氢气和氯构成了原电池，外加电压必须克服这反电动势，继续增加电压，I 有少许增加，如图中1-2段下面分析一下电流下面分析一下电流-电压曲线：电压曲线：第13页，本讲稿共76页 当外压增至2-3段，电解产物浓度达到最大，氢气和氯气的压力等于大气压力，呈气泡逸出，反电动势达极大值 Eb,max。再增加电压，使I 迅速增加。将直线外延至I=0 处，得E(分解)值，这是使电解池不断工作所必需外加的最小电压，称为分解电压。电流I电压E测定分解电压时的电流-电压曲线第14页，本讲稿共76页 我们把我们把外加电压等于分解电压时两极的电极电势分外加电压等于分解电压时两极的电
9、极电势分别称为它们的析出电势。别称为它们的析出电势。若若外加电压外加电压大于大于分解电压分解电压，则电流，则电流 I I=(=(V V E Emaxmax)/R R ，R R 指电解池电阻。指电解池电阻。第15页，本讲稿共76页 以下，我们由表列实验结果，来分析以下，我们由表列实验结果，来分析分解电压分解电压与与原电池的电动势原电池的电动势（即理论分解电压，由能斯特方程算得值）的关系。（即理论分解电压，由能斯特方程算得值）的关系。电解质电解质浓度浓度 c/mol dm-3电解产物电解产物 E分解分解/V E理论理论/V HCl 1 H2 +Cl2 1.31 1.37 HNO3 1 H2 +O2
10、 1.69 1.23 H2SO4 0.5H2 +O2 1.67 1.23 NaOH 1 H2 +O2 1.69 1.23CdSO4 0.5 Cd +O2 2.03 1.26 NiCl2 0.5 Ni +Cl2 1.85 1.64表：表：10.1 几种电解质溶液的分解电压（室温，铂电极）几种电解质溶液的分解电压（室温，铂电极）中间三行分解产物均是氢气与氧气，实质是电解水。中间三行分解产物均是氢气与氧气，实质是电解水。第16页，本讲稿共76页 电解质电解质浓度浓度 c/mol dm-3电解产物电解产物 E分解分解/V E理论理论/V HNO3 1 H2 +O2 1.69 1.23 H2SO4 0.
11、5 H2 +O2 1.67 1.23 NaOH 1 H2 +O2 1.69 1.23 由此可看出，用平滑铂电极时，实际的由此可看出，用平滑铂电极时，实际的 E分解分解 常大于常大于E理论理论。即使。即使将溶液、导线和接触点的电阻降到可忽略不计的程度，分解电压还是大于将溶液、导线和接触点的电阻降到可忽略不计的程度，分解电压还是大于原电池电动势。这主要是由于原电池电动势。这主要是由于析出电极电势析出电极电势偏离偏离平衡电极电势平衡电极电势的原因。的原因。为了对每一个电极上的过程进行深入的研究，应当研究电流密度与电极电势为了对每一个电极上的过程进行深入的研究，应当研究电流密度与电极电势的关系。的关系
12、。平衡电极电势平衡电极电势E理论理论析出电极电势析出电极电势 实际实际E分解分解第17页，本讲稿共76页 要使电解池顺利地进行连续反应，除了克服作为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化在阴、阳极上产生的超电势 和 ，以及克服电池电阻所产生的电位降 。这三者的加和就称为实际分解电压。显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加。实际分解电压实际分解电压第18页，本讲稿共76页 当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这时的电极电势分别称为阳极可逆(平衡)电势和阴极可逆(平衡)电势 在有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大，这种对可逆平衡电势的偏
13、离称为电极的极化。10.2 10.2 极化作用极化作用第19页，本讲稿共76页 为了使超电势都是正值，把阴极超电势 和阳极超电势 分别定义为：在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势 与可逆电极电势 之间的差值称为超电势。第20页，本讲稿共76页1 1浓差极化浓差极化浓差极化浓差极化原因：原因：原因：原因：由于电解过程中电极附近溶液的浓度和本体溶液由于电解过程中电极附近溶液的浓度和本体溶液（指离开电极较远，浓度均匀的溶液）浓度发生了差别（指离开电极较远，浓度均匀的溶液）浓度发生了差别所致。所致。第21页，本讲稿共76页 Ag+接受电子生成接受电子生成Ag速度快，而速度快，而Ag+从溶液中向电极
14、从溶液中向电极表面扩散慢。表面扩散慢。如：如：如：如：AgAgAgAg+（aq.aq.aq.aq.）Ag(s)Ag(s)Ag(s)Ag(s)电极电极电极电极（1）阴极）阴极 Ag+e-Ag第22页，本讲稿共76页（2）阳极）阳极 Ag Ag+e e-第23页，本讲稿共76页结论：结论：结论：结论：浓差极化使浓差极化使 阴阴减小，减小，阳阳增加增加可通过加热、搅拌降低可通过加热、搅拌降低 浓差浓差（因电极表面有扩散（因电极表面有扩散层存在，不可能完全消除层存在，不可能完全消除 浓差浓差）。）。极谱分析（利用滴汞电极上所形成的浓差极化）极谱分析（利用滴汞电极上所形成的浓差极化）。第24页，本讲稿共
15、76页 电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺利进行所额外施加的电压称为电化学超电势（亦称为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。2 2 2 2电化学极化电化学极化电化学极化电化学极化第25页，本讲稿共76页如：氢电极如：氢电极如：氢电极如：氢电极（1 1）阳极：）阳极：H H2 2 2H2H+2e-（2 2）阴极：）阴极：2H2H+2e+2e-H H2 2r(r(r(r(电化学反应速率电化学反应速率电化学反应速率电化学反应速率)r()r()r()r(电子迁移速率电子迁移速率电子迁移速率电子迁移速率)，导致阳极导致阳极缺电子，即缺电子，即正电荷
16、积累，致使正电荷积累，致使 IRIR(阳阳)升高升高r(r(r(r(电化学反应速率电化学反应速率电化学反应速率电化学反应速率)r()r()r()r(电子迁移速率电子迁移速率电子迁移速率电子迁移速率)，导致阴极导致阴极富余电子，即富余电子，即负电荷积累负电荷积累 ，致使，致使，致使，致使 IRIR(阴阴)降低降低 第26页，本讲稿共76页结论：结论：结论：结论：活化极化活化极化 极化极化 =IRIR-R R 第27页，本讲稿共76页复复 习习第28页，本讲稿共76页甘汞电极电位计电极1电极2A+3.3.极化曲线极化曲线超电势的测定超电势的测定超电势或电极电势与电流密度超电势或电极电势与电流密度超
17、电势或电极电势与电流密度超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为之间的关系曲线称为极化曲线极化曲线，极化曲线的极化曲线的形状和变化规律形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。反映了电化学过程的动力学特征。第29页，本讲稿共76页例：例：298K时，用时，用Pb（s）电极来电解）电极来电解H2SO4溶液（溶液（0.10molkg-1，=0.265），若在电解过程中把），若在电解过程中把Pb阴极与另一摩尔甘汞电极相连组成原电池，阴极与另一摩尔甘汞电极相连组成原电池，测得其电动势测得其电动势E=1.0685V，试求，试求H2（g）在）在Pb上的超电势。上的超电势。（只考虑（只考虑H2SO4的
18、一级电离。已知的一级电离。已知甘汞甘汞=0.2802V）解：解：E=甘汞甘汞 不可逆不可逆=1.0685V 而而 不可逆不可逆=可逆可逆H2 (2H+2e-=H2)所以：所以：H2=E 甘汞甘汞 可逆可逆 =1.06850.2802RT/FlnH+=0.78830.05916lg（0.2650.1）=0.6950V=0.6950V第30页，本讲稿共76页(1)电解池中两电极的极化曲线 随着电流密度的增大，两电极上的超电势也增大阴极析出电势变小由于极化使外加的电压增加，额外消耗了电能。阳极析出电势变大第31页，本讲稿共76页电解池中两电极的极化曲线电解池中两电极的极化曲线E可逆可逆阴阴E可逆可逆
19、+E不可逆不可逆阳阳阴极曲线阴极曲线阳极曲线阳极曲线j(电流密度)电极电势电极电势第32页，本讲稿共76页(2)原电池中两电极的极化曲线 原电池中，负极是阳极，正极是阴极。利用这种极化降低金属的电化腐蚀速度。随着电流密度的增加，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小。由于极化，使原电池的作功能力下降。第33页，本讲稿共76页电解池中两电极的极化曲线电解池中两电极的极化曲线j(电流密度)E可逆可逆E可逆可逆-E不可逆不可逆阴阴阳阳负极曲线正极曲线电极电势电极电势第34页，本讲稿共76页去极化作用：去极化作用：去极化作用：去极化作用：加入某物质（去极化剂）较易在电极上反应，可使极化减小或限加入某物质（
20、去极化剂）较易在电极上反应，可使极化减小或限制在一定程度内。制在一定程度内。影响超电势的因素：影响超电势的因素：影响超电势的因素：影响超电势的因素：电极材料、电极的表面状态、电流密度、温度、电解质的性电极材料、电极的表面状态、电流密度、温度、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。质、浓度及溶液中的杂质等。金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计。金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大，不可忽略。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大，不可忽略。第35页，本讲稿共76页 电解质溶液通常用水作溶剂，在电解过程中，在阴极会与金属离子竞争还原。利用氢在电
21、极上的超电势，可以使比氢活泼的金属先在阴极析出，这在电镀工业上是很重要的。例如，只有控制溶液的pH，利用氢气的析出有超电势，才使得镀Zn，Sn，Ni，Cr等工艺成为现实。4.氢超电势第36页，本讲稿共76页 从氢气在几种电极上的超电势，在石墨和汞等材料从氢气在几种电极上的超电势，在石墨和汞等材料上，超电势很大，而在金属上，超电势很大，而在金属PtPt，特别是镀了铂黑的铂电极，特别是镀了铂黑的铂电极上，超电势很小，上，超电势很小，所以标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。所以标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。影响超电势的因素很多，如电极材料、电极表面状态、影响超电势的因素很多，如电极材料、电极表面状态、
22、电流密度、温度、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。电流密度、温度、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。氢在几种电极上的超电势 第37页，本讲稿共76页第38页，本讲稿共76页Tafel 公式（Tafels equation）早在1905年，Tafel 发现，对于一些常见的电极反应，超电势与电流密度之间在一定范围内存在如下的定量关系：第39页，本讲稿共76页 式中式中j j是电流密度，是电流密度，jj是是j j的单位，这样表示使对数的单位，这样表示使对数项中为纯数。项中为纯数。a,ba,b是常数。常数是常数。常数a a是单位电流密度时的是单位电流密度时的超电势值，它与电极的材料、电极表面状态、
23、溶液组超电势值，它与电极的材料、电极表面状态、溶液组成以及实验温度等有关。成以及实验温度等有关。对大部分金属来说，对大部分金属来说，b b在常温下接近于在常温下接近于0.050V0.050V。氢超电势的大小基本上决定于氢超电势的大小基本上决定于a a的数值，因此的数值，因此a a的数值的数值愈大，愈大，氢超电势也愈大，其不可逆程度也愈大。氢超电势也愈大，其不可逆程度也愈大。第40页，本讲稿共76页10.3 10.3 电解时电极上的竞争反应电解时电极上的竞争反应第41页，本讲稿共76页1.阴极上的反应 判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势计算出来，同时考虑它的超电势。电极
24、电势最大的首先在阴极析出。电解时阴极上发生还原反应 发生还原的物质通常有(1)金属离子，(2)氢离子（中性水溶液中 ）。第42页，本讲稿共76页2.阳极上的反应 判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化。电解时阳极上发生氧化反应。发生氧化的物质有：（2）阳极本身发生氧化（1）阴离子，如 等第43页，本讲稿共76页3.金属离子的分离 如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的。为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一种离子的活度应减少到 以下，这样要求两种离
25、子的析出电势相差一定的数值。第44页，本讲稿共76页4.4.电解过程的一些其他应用（共沉积电解过程的一些其他应用（共沉积制备合金）制备合金）调整两种离子的浓度，使其具有相等的析出电势调整两种离子的浓度，使其具有相等的析出电势调整两种离子的浓度，使其具有相等的析出电势调整两种离子的浓度，使其具有相等的析出电势第45页，本讲稿共76页例例1 1、298K298K时，某含有时，某含有AgAg+、NiNi2+2+、CdCd2+2+（活度均为（活度均为1 1）离子的）离子的pH=2pH=2的溶液，电解时，的溶液，电解时，H H2 2与各金属在阴极析出的先后顺序为与各金属在阴极析出的先后顺序为_、_、_、
26、_。已知已知 (Ag(Ag+/Ag)=0.799V,/Ag)=0.799V,(Ni(Ni2+2+/Ni)=-0.23V,/Ni)=-0.23V,(Cd(Cd2+2+/Cd)=-0.402V,H/Cd)=-0.402V,H2 2在在AgAg上超电势上超电势 =0.20V=0.20V，在，在NiNi上上 =0.24V0.24V，在，在CdCd上上 =0.30V=0.30VCdCdAgAgNiNiHH2 2第46页，本讲稿共76页例例例例2 2 2 2：在：在：在：在25252525 C C C C时，电解时，电解时，电解时，电解0.5mol0.5mol0.5mol0.5mol kgkgkgkg-1
27、-1-1-1CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4中性溶液，中性溶液，中性溶液，中性溶液，H H H H2 2 2 2在在在在CuCuCuCu电电电电极上的超电势为极上的超电势为极上的超电势为极上的超电势为0.230v0.230v0.230v0.230v，试求在阴极上析出，试求在阴极上析出，试求在阴极上析出，试求在阴极上析出H H H H2 2 2 2时，溶液中时，溶液中时，溶液中时，溶液中CuCuCuCu2+2+2+2+的浓度为若干。的浓度为若干。的浓度为若干。的浓度为若干。第47页，本讲稿共76页第48页，本讲稿共76页例3：（1）设阳极和阴极的超电势均为 0.7 V，还原电位均为
28、 1.20 V，则阳极电位等于_，阴极电位等于_。(2)电池充电时，充电电压比平衡电动势高、低还是相等 _。(1)1.9 V(1)1.9 V；0.5 V (2)0.5 V (2)高高 第49页，本讲稿共76页 例例4 4：电化学中电极反应的速度以：电化学中电极反应的速度以 表示，表示，极化是极化是 _ _ 的现象，极化主要有的现象，极化主要有 _,_,_。超电。超电势是势是 。电流密度；电极电位偏离平衡电位或静止电电流密度；电极电位偏离平衡电位或静止电位；浓差极化，电化学极化；有电流通过时，位；浓差极化，电化学极化；有电流通过时，电极电位对平衡电位的偏离。电极电位对平衡电位的偏离。第50页，本
29、讲稿共76页例例5：在在298K，标标准准压压力力p下下，某某混混合合溶溶液液中中，CuSO4浓浓度度为为0.50mol kg-1，H2SO4浓浓度度为为0.01mol kg-1，用用Pt电电极极进进行行电电解解，首首先先Cu沉沉积积到到Pt上上，若若H2(g)在在Cu(s)上上的的超超电电势势为为0.23V，问问当当外外加加电电压压增增加加到到有有H2(g)在在电电极极上上析析出出时时，溶溶液液中中所所余余Cu2+的的浓浓度度为为多多少少？（设设活活度度系系数数均均为为1，H2SO4作作一一级级电电离离处处理理）已知：已知：(Cu2+/Cu)=0.337V解：解：解：解：阴极：阴极：Cu2+
30、2e-Cu(s)阳极：阳极：2OH-0.5O2+H2O+2e-，当有当有0.5mol/kg的的Cu析出就有析出就有20.5mol/kg的的OH-氧化，溶液中有氧化，溶液中有20.5mol/kg H+留下，留下，第51页，本讲稿共76页 (H+/H2)=RT/F ln a(H+)(H2)=-0.2473V 当当H2析出时，析出时，j(H+/H2)=(Cu2+/Cu)=(Cu 2+/Cu)RT/2F ln 1/a(Cu 2+)a(Cu2+)=1.7510-20 m(Cu2+)=1.7510-20 mol/kg 第52页，本讲稿共76页10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化金属腐蚀分两类：（1
31、）化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，称为化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。（2）电化学腐蚀 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等，因形成微电池，金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。第53页，本讲稿共76页 将含有杂质的粗锌放入稀硫酸中，腐蚀速度比纯锌快既有化学腐蚀,又有电化学腐蚀杂质杂质第54页，本讲稿共76页金属的电化学腐蚀铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的 和海边空气中的NaCl溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池铜作阴极，铁作阳极所以铁很快腐
32、蚀形成铁锈。第55页，本讲稿共76页电化学腐蚀示意图第56页，本讲稿共76页铁锈的组成铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成 沉淀，又可能部分失水生成 所以铁锈是一个由 等化合物组成的疏松的混杂物质。第57页，本讲稿共76页腐蚀时阴极上的反应(1)析氢腐蚀酸性介质中 在阴极上还原成氢气析出。设 铁阳极氧化，当 时认为已经发生腐蚀，这时组成原电池的电动势为，是自发电池。第58页，本讲稿共76页 如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发生消耗氧的还原反应：这时与 (-0.617V)阳极组成原电池的电动势为（2）耗氧腐蚀显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多
33、。第59页，本讲稿共76页金属的防腐（1）非金属防腐 在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀介质隔开。（2）金属保护层 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀。第60页，本讲稿共76页（3）电化学保护 1保护器保护 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。2阴极电保护 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。3阳极电保护 用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化。第61页，本讲稿共76页（4）加缓蚀剂 在可能组成原电池的系统中加缓蚀剂，
34、改变介质的性质，降低腐蚀速度。（5）制成耐蚀合金 在炼制金属时加入其它组分，提高耐蚀能力。如在炼钢时加入Mn，Cr等元素制成不锈钢。第62页，本讲稿共76页活化区钝化区过钝化区金属的钝化第63页，本讲稿共76页钢在钢在H2SO4中的阳极极化曲线分三个区域中的阳极极化曲线分三个区域:（1）AB段为活性溶解区段为活性溶解区Fe Fe2+2e-（2）BF段段为为钝钝化化区区：达达B点点时时，铁铁表表面面开开始始钝钝化化。B点点后后，j迅迅速速 ,达达E点点j减减少少到到一一个个很很小小值值，铁铁进进入入钝钝化化状状态态，在在H2SO4中中不不再再溶溶解解。EF区区 域域，的改变对的改变对j几乎无影响
35、。几乎无影响。（3）FD段为过钝化区：段为过钝化区：F点后，点后，j 可能是可能是Fe3+(FeFe3+3e-)的的 生成生成,也可能是氧的析出。也可能是氧的析出。应用应用:化肥厂的碳化塔上就常利用这种方法防止碳化塔的腐蚀。化肥厂的碳化塔上就常利用这种方法防止碳化塔的腐蚀。理论：理论：成相膜理论（致密氧化膜：成相膜理论（致密氧化膜：109 1010m）吸附理论（吸附理论（O2的吸附层）的吸附层）第64页，本讲稿共76页10.5 化学电源化学电源化学电源分类一次电池 电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之后，就不能再次利用，如干电池、纽扣电池。这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。第65页，本
36、讲稿共76页金属封顶盖封口纸颈圈纸金属外壳绝缘纸筒电芯纸托底纸金属底板（）锌筒电解液NH4Cl，水ZnCl2，淀粉 电芯 MnO2，C，NH4Cl，水(+)碳电极一次电池结构示意图第66页，本讲稿共76页燃料电池 又称为连续电池以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质第67页，本讲稿共76页氢氧燃料电池H2(pH2)|H+或 OH-(aq)|O2(pO2)氧电极：O2+4H+4e-2H2O氢电极：2H2(pH2)4H+4e-净反应：2H2(pH2)+O2=2H2O 在pH 114范围内，标准电动势 1.229 V 第68页，
37、本讲稿共76页多孔电极离子交换膜氢氧燃料电池示意图第69页，本讲稿共76页燃料电池的优点：1、高效 化学能 热能 机械能 化学能 电能 机械能 80%2、环境友好 不排放有毒的酸性氧化物，CO2比热电厂少40%，3、重量轻，比能量高；用于航天事业，汽车工业，应急电源等。是21世纪首选的清洁能源。产物水可利用，无噪音；4、稳定性好，可连续工作，可积木式组装，可移动 第70页，本讲稿共76页氢氧燃料电池的难点：氢气的储存液氢要求高压、低温，有危险性 钢瓶储氢，可使用氢气只占钢瓶质量的1%，同样有危险性研制储氢金属和其他储氢材料研制用太阳能制备氢气第71页，本讲稿共76页蓄电池又称为二次电池，可充电
38、电池。这种电池放电后可以充电，使活性物质基本复原，可以重复、多次利用。如常见的铅蓄电池和锂离子电池等。第72页，本讲稿共76页Li 离子电池的工作原理负极：石墨，焦炭正极：第73页，本讲稿共76页Li 离子电池的工作原理负极正极锂原子石墨Li 离子电池又称为摇椅电池第74页，本讲稿共76页Li离子电池的优点：1.通讯，如手机；Li离子电池的用途：1.重量轻（从金属壳到塑料壳），能量密度大；2.优良、安全，有防暴阀，环境污染较小；3.比能量高，循环寿命长；4.电压较高（3.6V）,成本相对较低。2.电子器件，电脑等；3.人造器官用电，如心脏起博器等。第75页，本讲稿共76页本章题目类型本章题目类型一、分解电压与超电势一、分解电压与超电势一、分解电压与超电势一、分解电压与超电势二、析出电势与超电势二、析出电势与超电势二、析出电势与超电势二、析出电势与超电势离子析出次序离子析出次序离子析出次序离子析出次序离子的电化学方法分离离子的电化学方法分离离子的电化学方法分离离子的电化学方法分离控制离子放电控制离子放电控制离子放电控制离子放电阴极反应阴极反应阴极反应阴极反应:IRIR 越负，越易氧化析出越负，越易氧化析出越负，越易氧化析出越负，越易氧化析出 阳极反应阳极反应阳极反应阳极反应:IRIR越正，越先还原析出越正，越先还原析出越正，越先还原析出越正，越先还原析出第76页，本讲稿共76页