电化学与金属腐蚀
普通化学第四章-电化学与金属腐蚀
0.05917 lg c( Zn2） 2
0.05917 0.7618 lg 0.00100 2 = - 0.851V
例4.2 求高锰酸钾在pH=5.00 时的弱酸性介质中的电 极电势。设其中c(MnO4-) = c(Mn2+) =1.000mol•dm-3 ， T=298.15K。 解：在酸性介质中，高锰酸钾的电极反应和标准电 极电势值为： MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O θ =1.507V 根据题意，可得：
例如kmno浓度在从1000mol?dm3降低到1000105mol?dm3电对的电极电势从1507v降低到1034v43电动势与电极电势在化学上的应用431氧化剂和还原剂相对强弱的比较电极电势的大小反映了氧化还原电对中氧化态物质和还原态物质在水溶液中氧化还原能力的相对强弱
第 4 章 电化学与金属腐蚀
2、氧化态物质的浓度减小会使其电极电势变小， 会导致其氧化能力减弱；反之，增大氧化态物质的浓 度，会使其电极电势变大，会导致其氧化能力增强。
3、还原态物质的浓度减小会使其电极电势变大， 会导致其还原能力减弱；反之，增大还原态物质的浓 度，会使其电极电势变小，会导致其还原能力增强。 4、介质的酸碱性对含氧酸盐氧化性的影响较大。 一般来说，含氧酸盐在酸性介质中表现出较强的氧化 性。例如，KMnO4 作为氧化剂，当介质中的H+浓度 在从1.000 mol•dm-3降低到1.000 10-5 mol•dm-3 时， MnO4-/ Mn2+电对的电极电势从1.507V降低到1.034V。
（2）原电池的图式（符号、表达式）
原电池装置可用图式来表示，如： (-) Zn∣ZnSO4(c1)‖ CuSO4(c2)∣Cu (+) 规定：负极写在左边，正极写在右边 “‖” 表示盐桥，
金属材料的电化学性能与腐蚀
金属材料的电化学性能与腐蚀作为我们生活中不可或缺的重要材料，金属材料的电化学性能和腐蚀问题一直备受关注。
电化学性能是指通过电化学测试手段所分析出的金属在不同电位下的电化学行为，包括氧化还原反应、阳极反应、阴极反应等。
而腐蚀，则是由于金属材料在介质中的环境条件下化学反应而产生的材料损失及力学性能退化现象。
本文就深入探讨金属材料的电化学性能和腐蚀问题，以便更好地保护和利用金属材料。
金属材料的电化学性能金属材料的电化学性质与其晶体结构、原子成分、晶格常数、位错等微观结构有关。
金属被用于电化学反应的原因是其在水溶液中可以产生多种离子，并且电导率很大。
金属中的电子只占据了部分点阵空间，可以与其他离子以及溶液中的物质发生电化学反应。
在电化学实验中，人们经常使用电化学电池来测试金属材料的电化学性能。
电化学电池包括了两个半电池——阳极和阴极。
阴极是一个还原剂，即自身能够接受阳极产生的电子，并由此发生还原反应。
而阳极则是一个氧化剂，即可以吸收阴极产生的电子，并由此发生氧化反应。
在电化学实验中，针对单个金属样品的研究可以采用半电池配置，而研究不同金属的电化学行为则需要使用完整的电化学电池。
常见的金属电化学性能测试方法包括交流阻抗、Tafel曲线分析、电极电位扫描等。
其中，交流阻抗法由于比较精确且测试速度快而被广泛应用。
交流阻抗法是根据交流信号通过测试电极的电阻与电容来确定材料的电化学行为。
通过该法可以分析出电池的电极电势、电化学活性、电导率等重要参数，从而进行材料的性能测试。
腐蚀问题金属材料在使用过程中，由于介质、温度、湿度等条件的影响，很容易发生腐蚀现象，如铁锈。
腐蚀过程是有极化和非极化两个阶段的。
极化是指腐蚀过程发生阴极反应和/或阳极反应，形成电化学电位差，即金属的电位差趋于正常电位之后卡在某一特定位置不再变化，称为“均衡电位”，金属处于极化状态。
非极化过程则是指在极化状态下，金属在电化学电位上来回反复波动的现象。
第二章 金属腐蚀电化学理论基础
(Pt (镀铂黑)H2(1atm)， H+(aH+=1)) 标准氢电极的电极反应为 (Pt) H2 = 2H+ + 2e 规定标准氢电极的电位为零。以 标准氢电极为参考电极测出的电位值 称为氢标电位，记为E(vs SHE) 。 SHE是最基准的参考电极，但使用 不方便，实验室中常用的参考电极有：
1.宏观腐蚀电池
铜铆钉
1. 异种金属相接触 如 电偶腐蚀。 2. 浓差电池 (1)金属离子浓度不同， 浓度低电位低，容易腐蚀。 (2)氧浓度不同 氧浓度低电位低，更容易腐蚀。 3. 温差电池 如金属所处环境温度不同， 高温电位低，更容易腐蚀。
铝板
粘 土
沙 土
2. 微观腐蚀电池 （1）材料本身的不均匀性
也可以简单地说，绝对电极电位是电子导体和离子导体接 触时的界面电位差。
双电层：
由于金属和溶液的内电位不同，在电极系统的金属相和
溶液相之间存在电位差，因此，两相之间有一个相界区，叫做
双电层。 电极系统中发生电极反应，两相之间有电荷转移，是形成 双电层的一个重要原因。 例如：Zn/Zn2+,Cu/Cu2+ 。
腐蚀原电池产生的电流是由于它的两个电极在电解质中的 电位不同产生的电位差引起的，该电位差是电池反应的推动力。 构成腐蚀原电池的基本要素（*） • • • • 阳极 阴极 电解质溶液（*） 电池反应的推动力-电池两个电极的电位差
电流流动：在金属中靠电子从阳极流向阴极；在溶液中靠离 子迁移；在阳、阴极区界面上分别发生氧化还原反应，实现电子 的传递。 从金属腐蚀历程也可看出化学腐蚀与电化学腐蚀的区别。
盐水滴实验
3%NaCl+铁氰化钾+酚酞
金属的电化学腐蚀与防护
一二
思考感悟 电化学防护的实质是什么? 提示:电化学防护的实质是把被保护的金属作原电池的正极或电 解池的阴极,不参与电极反应,从而不被氧化。
一、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别和联系
中性或碱性
性较强
现象 无电流产生
有微弱电流产生
化学腐蚀 电化学腐蚀(主要)
反应
负极:Fe-2e- Fe2+
式(以 2Fe+3Cl2 铁腐蚀 2FeCl3
为例)
正极:2H2O+O2+4e4OH-
正极:2H++2eH2↑
联系
两种腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀 更普遍,危害更大
特别提醒只有在金属活动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ顺序中位于氢前面的金属才可能发生 析氢腐蚀,位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。
知识点1 知识点2 知识点3
点拨主要从以下几个方面来解决此类题目。 ①正确地判断出金属腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。 ②如果是电化学腐蚀,判断出正、负极,一般活泼的金属为负极
被腐蚀,不活泼的金属为正极被保护。
知识点1 知识点2 知识点3
金属腐蚀快慢的比较 【例题2】 如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的 顺序为( )
三、金属的电化学防护 1.金属的防护方法
2.金属的电化学防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法。 将还原性较强的金属作为保护极与被保护金属相连构成原电池, 还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被损耗,被保护金属 作为正极就可以避免被腐蚀。这种保护法牺牲了阳极保护了阴极。 (2)外加电流的阴极保护法。 将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极,而将外 加直流电源的正极接到惰性电极上,让其成为阳极。
电化学金属腐蚀与防护原理及应用
电化学金属腐蚀与防护原理及应用电化学金属腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，会导致金属表面产生氧化、溶解或析出等不可逆过程。
金属腐蚀会导致金属失去原有的性能，降低材料的强度、硬度和可靠性，造成经济损失。
因此，为了保护金属材料免受腐蚀的损害，人们研究了多种防护技术。
电化学金属腐蚀的原理是基于金属表面的电化学反应。
金属在电解质溶液中处于一种平衡状态，既有金属的氧化（腐蚀）反应，也有金属的还原反应。
这个平衡状态被称为电池电位或者腐蚀电位。
当金属表面存在助腐蚀因素（如氧、酸、碱、盐）时，金属表面的氧化反应将被加速，导致金属腐蚀的加剧。
如果能够降低或改变金属表面的电位，就可以减缓金属腐蚀的发生。
为了实现金属腐蚀的防护，我们可以采用以下几种方法：1.阻止金属与电解质接触：通过物理屏障（如油漆、涂层、涂料等）将金属表面与电解质隔开，阻止金属被电解液侵蚀，起到保护金属的作用。
2.加强阳极的保护：在金属表面形成一层更活泼、更易氧化的金属层，作为阳极，吸引电流，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用镀层、热浸镀、电镀等方法，在金属表面形成一层保护膜。
3.采用阻止电流流动的方法：通过在金属表面施加外加电流或者电磁场，阻止电流在金属间流动，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用阴极保护或者磁场保护方法。
4.控制电解质环境：通过改变电解质的成分、浓度、温度等参数，使其不利于金属的氧化反应，减缓金属的腐蚀。
例如，对于钢铁材料，可以通过控制水中的溶解氧、酸碱度等因素，来减少金属腐蚀的发生。
电化学金属腐蚀防护的应用非常广泛。
在船舶、桥梁、海洋工程、化工设备等领域，金属材料容易受到海水、氧气、酸碱等环境的腐蚀，因此需要采取有效的防护措施。
例如，对于船舶，在船体表面施加阴极保护，将船体作为阴极，以减缓钢铁的腐蚀。
在化工设备中，常常采用高温涂层、耐酸碱材料等措施，延长设备的使用寿命。
总之，电化学金属腐蚀防护技术的目标是保护金属材料免受腐蚀的侵害，延长材料的使用寿命。
金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀基本原理
金属电化学腐蚀是指金属与环境中的化学物质发生反应而遭受损害的过程。
其基本原理可以概括为以下几点：
1. 金属的电化学性质：金属具有导电性质，其内部存在自由电子，可以形成电流。
不同金属的电化学性质有所差异，会影响金属的耐腐蚀性能。
2. 电化学反应：金属腐蚀主要是通过电化学反应进行的。
在电解质溶液中，金属表面会发生氧化和还原反应。
这些反应中，金属作为阴极或阳极参与电子传递过程，从而导致金属的腐蚀。
3. 电化学腐蚀过程：在电解质溶液中，当金属表面存在局部缺陷（如划痕、裂缝等）时，就会形成阳极和阴极的区域差异。
阳极区域发生氧化反应，金属通过失去电子被溶解成阳离子进入溶液中；而阴极区域则发生还原反应，一些物质被还原成金属。
在这个过程中，金属的一部分被腐蚀，组成金属的原子被离子替代，最终导致金属的损坏。
4. 影响腐蚀速率的因素：金属电化学腐蚀速率受多种因素影响，包括溶液中的电导率、氧含量、温度等。
此外，金属的合金成分、微观结构和表面处理等也会对腐蚀速率产生影响。
5. 防腐措施：为了减缓金属电化学腐蚀的发生，可以采取多种防腐措施，例如使用防腐涂层、合金化、电镀、阳极保护等方法，以提高金属的耐腐蚀性能。
金属的腐蚀与电化学腐蚀的电位差异
化学腐蚀
电化学腐蚀
物理腐蚀
微生物腐蚀
金属腐蚀的电位
金属腐蚀的定义：金属与周围介质发生化学或电化学反应，导致金属性能的劣化。
电化学腐蚀的原理：在电解质溶液中，金属表面形成阳极和阴极，发生氧化还原反应，导致金 属损失。
电位的概念：金属在电解质溶液中的相对电位，决定了金属的腐蚀倾向和速率。
电位差异的意义：通过比较不同金属的电位，可以预测它们在特定环境中的腐蚀行为。
电化学腐蚀的分类： 根据腐蚀过程中电 流的形成方式，电 化学腐蚀可分为原 电池腐蚀和电解腐 蚀。
电化学腐蚀的特点： 电化学腐蚀是一种 局部腐蚀，其特点 是腐蚀速率较快， 且通常在金属表面 形成锈迹或蚀孔。
电化学腐蚀的电位
定义：电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学反应而引起的腐蚀
电位：金属在电解质溶液中的电位是决定其是否发生电化学腐蚀的重要因素
金属的腐蚀与电化学腐蚀的电 位差异
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金属的腐蚀与电化学腐蚀的电位差异
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金属的腐蚀
金属腐蚀的定义
金属与周围介质 发生化学或电化 学作用而引起的 破坏或变质
通常分为化学腐 蚀和电化学腐蚀
金属腐蚀是一个 普遍存在的现象 ，不可避免
金属腐蚀的类型
金属表面的不均匀性
电位差异对腐蚀的影响
电位差异是金属腐蚀的重要因素之一，它决定了腐蚀反应的速率和程度。 正电位金属更容易受到腐蚀，而负电位金属则相对较为耐腐蚀。 在电化学腐蚀过程中，电位差异会导致电流的流动，从而影响腐蚀反应的进行。 通过控制电位差异，可以有效地防止或减缓金属的腐蚀，提高其使用寿命。
电化学腐蚀
电化学腐蚀的定义
金属的腐蚀与电化学防护
金属的腐蚀与电化学防护导语：当金属与周围的环境接触时，会发生腐蚀现象，破坏金属的性能与外观。
针对金属腐蚀问题，我们可以采取多种防护措施，其中电化学防护是一种有效的方式。
本文将探讨金属的腐蚀原理、腐蚀的分类以及电化学防护的原理和方法。
一、金属腐蚀原理金属腐蚀是指金属与外界环境（如氧气、水、酸、碱等）发生化学反应而导致的金属表面的损失。
常见的金属腐蚀有钢铁的锈蚀、铝的氧化以及铜的氧化等。
金属腐蚀的过程可以简单概括为两个步骤：阳极反应和阴极反应。
阳极反应是金属离子的氧化过程，金属原子失去电子转变为阳离子；阴极反应则是物质还原的过程，物质从离子态回到中性态，同时获得电子。
二、金属腐蚀的分类根据金属腐蚀的性质和发生环境的不同，我们可以将金属腐蚀分为以下几类：1. 干腐蚀：即在无水环境下发生的金属腐蚀。
典型的例子是金属在干燥空气中发生氧化反应，形成氧化物。
2. 湿腐蚀：是在存在水分的环境中发生的金属腐蚀，水起到了催化剂的作用。
常见的湿腐蚀有金属在水中发生氧化反应以及在潮湿气候中发生氧化等。
3. 电化学腐蚀：是指金属腐蚀过程中涉及电化学反应的腐蚀类型，包括阳极溶解、阳极极化和阴极保护等。
三、电化学防护的原理和方法电化学防护的基本原理是通过改变金属与周围环境之间的电化学反应来减缓或抑制金属腐蚀的发生。
以下是一些常见的电化学防护方法：1. 阳极保护：通过在金属表面形成保护性的氧化膜，阻止金属表面的进一步腐蚀。
常见的例子包括金属的阳极氧化和镀层等。
2. 阴极保护：将金属表面连接到一个电源的负极，使金属处于阴极状态，从而减缓或抑制金属的腐蚀。
这常用于金属的阴极保护涂层、阴极保护电流等。
3. 缓蚀剂：缓蚀剂是一种可以在金属表面形成保护性膜的物质，能够减缓腐蚀的发生。
常见的缓蚀剂包括有机酸、缓蚀油等。
四、电化学防护的应用电化学防护广泛应用于金属材料的防腐领域，有效地减缓或抑制金属腐蚀的发生。
以下是电化学防护在实际应用中的一些例子：1. 阳极保护：在海洋工程中经常使用阳极保护技术来防止金属构件的腐蚀。
4电化学与金属腐蚀
溶液的温度
2. 电极电势的测定
标准电极电势( )
(Standard Electrode Potential)
指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电 极都是标准电极。 标准态： ● 所有的气体分压均为1×105 Pa ● 溶液中所有物质的活度均为1mol·kg-1 ● 所有纯液体和固体均为1×105 Pa条件下最稳定或
[c(还原态)/cθ ]b
(1) 单纯浓度改变对电极电势的影响
例：已知E(Fe3+/Fe2+) = 0.771V， 求c(Fe3+) = 1.0 mol·dm-3， c(Fe2+) = 1.0 10-3 mol·dm-3 时的E (Fe3+/Fe2+) = ？
解：电极反应为：Fe3+ + 2e Fe2+
Eθ
(MnO
4
/Mn
2
)
0.0592 5
lg
[c(MnO
4
)/c
θ
][c(H
[c(Mn 2 )/c ]
)/c θ
]8
1. 浓度或分压对电极电势的影响
当温度为298.15K时：
E
Eθ
0.0592 n
[c(氧化态)/cθ ]a lg [c(还原态)/cθ ]b
当c(氧化态) 或 c(还原态) 或 [c(氧化态)/cθ ]a ，E值均增大
4.1.2 原电池的热力学
1.电池反应的△Gm与电动势E的关系
对电动势为E的电池反应：
Cu2++Zn→Zn2++Cu
根据标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉 布斯函数，可求得(298.15K时)：
电化学反应和金属的腐蚀
电化学反应和金属的腐蚀电化学反应是指在电解质溶液中由于电子的转移而引起的化学反应。
而金属的腐蚀是一种电化学反应的表现形式。
本文将探讨电化学反应对金属腐蚀的影响，并讨论一些避免金属腐蚀的方法。
一、电化学反应及金属的腐蚀原理电化学反应是在电解质溶液中发生的化学反应，其中金属的腐蚀是一种常见的电化学反应过程。
在金属表面，由于化学反应和电荷转移的发生，金属离子氧化成金属阳离子，同时在电解质溶液中产生电子。
这个过程被称为金属的阳极腐蚀。
电化学反应中的金属腐蚀有很多原因，如溶液中的氧、水和其他化学物质的存在，以及金属表面存在的杂质等。
这些原因导致电化学反应发生，进而引起金属的腐蚀。
二、电化学反应对金属腐蚀的影响1. 腐蚀速率增加：电化学反应的进行加速了金属的腐蚀速率。
金属腐蚀过程中的电化学反应会消耗一定的电流，导致金属迅速氧化和溶解。
2. 放电和腐蚀电位：电化学反应会引起金属表面的放电，使金属处于一种更容易被腐蚀的状态。
放电和腐蚀电位是评估金属腐蚀程度的重要指标。
3. 金属的损失：电化学反应导致金属表面的腐蚀，进而使金属失去原有的形状和性质。
金属腐蚀不仅引起金属表面的破坏，也会产生一定的经济损失。
4. 腐蚀产物的形成：电化学反应产生的氧化或还原反应会生成一些腐蚀产物，这些产物可能会进一步加速金属的腐蚀过程。
有些腐蚀产物还会附着在金属表面，并形成一层保护膜，从而减缓腐蚀速率。
三、金属腐蚀的防治方法为了减少金属的腐蚀，以下是一些常用的防治方法：1. 使用防腐剂：防腐剂是一种能够减少或抑制金属腐蚀的物质。
防腐剂可以形成一层保护膜，阻隔金属与周围环境的接触，减少氧化和溶解反应的发生。
2. 表面处理：通过物理或化学方法对金属表面进行处理，如电镀、喷涂或涂覆一层保护膜，以提高金属的防腐能力。
3. 利用合金：将金属与其他金属混合形成合金，可以提高金属的耐腐蚀性能。
合金中添加的元素可以形成致密的氧化膜，从而防止金属进一步腐蚀。
电化学技术在金属腐蚀预防中的应用
电化学技术在金属腐蚀预防中的应用金属腐蚀是指金属与环境中的其他物质产生的化学反应所致的损失。
这种损失是不可逆转的，严重影响到工业生产、设施维护和装备保养等方面。
因此，防止和预防金属腐蚀是非常重要的任务。
在此背景下，电化学技术成为了解决金属腐蚀问题的一种有效手段。
本文将探讨电化学技术在金属腐蚀预防中的应用。
一、电化学技术概述电化学技术是基于电化学原理研究电极反应规律的理论与技术。
其中最常见的是电化学腐蚀和防腐蚀技术。
电化学腐蚀技术是通过破坏腐蚀电池中的电位差或电化学反应使金属不发生腐蚀的方法。
而电化学防腐蚀技术则是利用电化学方法，对金属进行保护或修复。
二、电化学防腐蚀技术的原理电化学防腐蚀技术适用于丝纳斯型、萨文斯型和由水腐蚀所引起的金属腐蚀。
当金属表面出现腐蚀时，通过将一个电极(阳极)与金属连接，使该金属接受电流保护。
阳极接收电流，形成铁的氢氧化物，并与金属上的氧气形成氧化物和氢氧化物。
阴极接收电流，活性金属与水形成氢气和相应的氢氧化物，即电化学还原反应。
三、电化学防腐蚀技术的应用电化学防腐蚀技术在工业和实验中的应用非常广泛。
以下是几个常见的应用：1.阳极保护：在阳极保护技术中，阳极将直接或间接地提供保护电流，使被保护的金属成为阴极。
发动机、锅炉等工业设备、船只、海底管道、输油管道等都可以使用阳极保护技术。
2.阴极保护：在阴极保护技术中，外加电流直接使金属负极成为阴极，该方法在钢铁混凝土中得到广泛应用。
3.阴阳保护：这种方法是阳极和阴极保护方法的组合应用。
在这种组合中，阴极保护用于保护地下水池、锅炉、水处理设施等设备，而阳极保护用于保护管道、海洋等设备。
四、结论从上述可以看出，电化学技术在金属腐蚀预防中具有重要意义。
通过对阳极和阴极的保护措施，可以保护金属不受腐蚀。
此外，电化学技术还可以应用于化学分析和提纯、电沉积和电镀、腐蚀监测和电解加工等方面。
随着电化学技术的不断发展，其应用将会越来越广泛。
金属的电化学腐蚀
金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀1、金属腐蚀：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起金属损耗的现象。
2、金属腐蚀的本质：都是金属原子失去电子而被氧化的过程。
即Mn －e -﹦Mn+。
3、金属腐蚀的分类：化学腐蚀——金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。
比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
电化学腐蚀的分类析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出①条件：潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）②电极反应：负极: Fe – 2e- = Fe2+ 正极: 2H+ + 2e- = H2 ↑ 总式：Fe + 2H + = Fe2+ + H2 ↑吸氧腐蚀——腐蚀过程吸收氧气①条件：中性或弱酸性溶液②电极反应：负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+正极: O2+4e- +2H2O = 4OH总式：2Fe + O 2 +2H2O =2 Fe(OH)2离子方程式：Fe2++2OH-=Fe(OH) 2生成的Fe(OH)2被空气中的O2氧化，生成Fe(OH)3 ，Fe(OH)2 + O2 + 2H2O == 4Fe(OH)3Fe(OH)3 脱去一部分水就生成Fe2O3·x H2O（铁锈主要成分）规律总结：金属腐蚀的快慢程度：电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极金属腐蚀快慢的规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法＞牺牲负极的正极保护法＞有一般防腐条件的腐蚀＞无防腐条件的腐蚀金属的电化学防护1、利用原电池原理进行金属的电化学防护（1）、牺牲阳极的阴极保护法原理：原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护（2）、外加电流的阴极保护法原理：通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。
第四章电化学与金属腐蚀课件
金属-金属 离子电极 氧化还 原电极 非金属非金属 离子电极
电极反应 Zn2+(aq)+2eZn(s)
电极符号 Zn|Zn2+
Pt | Fe2+(c), Fe3+(c)
Fe3+(aq) + e-
Fe2+(aq)
1 O (g)+H O(l)+2e – 2 2 2
2OH-(aq) Pt | O2(p)|OH-(c)
1mol电子 所带电量
从热力学的化学反应等温式中，可得到下式：
2-
SO3 + H2O → SO4 + 2H+ 右边多 1个O原子，左边加 1个H2O， 右边加2个H+
27
2-
步骤
(2)将反应分解为两个半反应方程式
1.使半反应式两边相同元素的原子数相等
+ → Mn2+ + 4H O MnO+ 8H 2 4
SO3 + H2O → SO4 + 2H+
2-
2-
2.用加减电子数方法使两边电荷数相等
金属-难 AgCl(s) +e溶盐电极
Ag(s) +Cl-(aq) Ag|AgCl|Cl-（C）
20
例：将Fe2+(aq)+Ag+(aq)
Fe3+(aq)+Ag组
成原电池，用电池图解式表示。
解：电对
Fe3+/Fe2+
Ag+/Ag Fe3+ (aq) +e- (-) Ag (s) (+)
氧化反应 Fe2+(aq) 还原反应 Ag+ (aq) +e-
金属的腐蚀与电化学防护原理
金属的腐蚀与电化学防护原理引言：金属的腐蚀问题在我们的日常生活中经常出现，不仅造成了经济上的损失，还对环境和人体健康产生了负面影响。
因此，研究金属腐蚀的原因和防护方法显得十分重要。
本文将介绍金属腐蚀的基本原理以及电化学防护的方法。
1. 金属腐蚀的原理金属腐蚀是指金属与周围环境中的物质发生反应，导致金属表面受到侵蚀的过程。
它主要包括两个基本过程：金属的溶解和金属表面的电化学反应。
1.1 金属的溶解金属腐蚀的第一个步骤是金属溶解，也被称为阳极反应。
在金属表面，金属原子经历氧化反应，正电离子离开金属表面，溶解到溶液中，形成金属离子。
1.2 电化学反应金属表面的溶解导致电荷分离，即金属离子带正电荷，金属表面带负电荷。
这种电荷分离引起了电化学反应，包括阳极和阴极反应。
阳极上的金属离子通过与外部电解质中的阴离子结合，形成新的化合物并释放电子。
同时，在阴极上，来自外部电解质的阳离子与电子结合，还原为金属。
2. 电化学防护的原理电化学防护就是利用电化学原理来减缓和阻止金属腐蚀的过程。
它主要包括两种方法：阳极保护和阴极保护。
2.1 阳极保护阳极保护是通过提供外部阳极电流，使金属表面成为一个阴极，从而抑制或减缓金属腐蚀。
具体操作中，可以采用牺牲阳极法或外部电流法。
2.1.1 牺牲阳极法牺牲阳极法是将一个更容易腐蚀的金属与待保护金属连接在一起，形成一个电池，使腐蚀作用主要发生在牺牲阳极上，从而延缓待保护金属的腐蚀速率。
2.1.2 外部电流法外部电流法是通过施加一个由外部电源提供的阳极电流来保护金属。
这个电流可以补偿金属表面的电容耗失，使金属保持在一个较低的电位，从而减缓腐蚀反应的发生。
2.2 阴极保护阴极保护是通过使金属表面成为一个阴极来防止金属腐蚀。
具体操作中，可以利用外加电流或特殊涂层实现。
2.2.1 外加电流法外加电流法是通过施加一个由外部电源提供的直流电流，使金属表面形成一个相对负电位，从而使金属表面成为一个阴极，并减缓金属腐蚀的过程。
金属的电化学腐蚀
钢铁生锈
一、金属腐蚀概述 1、金属的腐蚀现象非常普遍 ①钢铁生锈： 铁锈的主要成分：Fe2O3· 2O XH ②铜器表面生成铜绿： 铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3 2、金属腐蚀的危害性很大
金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀： 金属表面与周围的物质发生化学反应或因 电化学作用而遭到破坏，称为金属腐蚀。 化学腐蚀 2.金属腐蚀的类型： 电化腐蚀 析氢腐蚀
析氢（放出氢气）
A
Fe
吸氧（吸收氧气）
A O2 C Fe
C
书写时，各电极 方程式产物只受 电解质溶液影响
H2SO4溶液 NaOH/NaCl溶液
负极： Fe - 2e- = Fe2+ 正极： 2H++2e-=H2↑ 总反应： Fe+2H+ = H2↑+Fe2+
Fe - 2e- = Fe2+
O2+2H2O+4e- =4OH2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
化学腐蚀 条件 现象 本质
金属跟氧化性物质 直接接触 无电流产生 金属被氧化
电化学腐蚀
不纯金属或合金跟电解 质溶液及氧化剂接触 有微弱电流产生 较活泼金属被氧化
相互 联系
两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍
1.埋在地下的输油铸铁管道，在下列各种 情况下被腐蚀速率最慢的是 ( C ) A．在潮湿疏松的土壤中； B．在含铁元素较多的酸性土壤中； C．在干燥致密不透气的土壤中； D．在含碳较多的潮湿透气的中性土壤
根据电解质溶液的酸碱性的不同电化 学腐蚀可分为两种。
钢铁的析氢腐蚀示意图
钢铁的吸氧腐蚀示意图
思考：你能写出它们的电极反应式？
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§4.1 原电池 §4.2电极电势及其应用 §4.3 电解
电化学与金属腐蚀
§4.1 原电池
4.1.1 原电池(primary cell)中的化学反应
原电池：将化学能转变成电能的装置
工作状态的原电池同 时发生三个过程： •两个电极表面分别 发生氧化反应和还原 反应 •电子流过外电路 •离子流过电解质溶 液
(+) MnO4– + 8H+ + 5e
Mn2+ + 4H2O
(–) Pt | Fe2+ (c2) ， Fe3+ (c5) || MnO4–(c1)， H+(c3)， Mn2+(c4) | Pt (+)
电化学与金属腐蚀
4.1.2 原电池的热力学
1.电池反应的△Gm与电动势E的关系
对电动势为E的电池反应：
影响因素： 金属的本性、金属离子的浓度、
溶液的温度
电化学与金属腐蚀
2. 电极电势的测定
标准电极电势( )
(Standard Electrode Potential)
指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电 极都是标准电极。 标准态： ● 所有的气体分压均为1×105 Pa ● 溶液中所有物质的活度均为1mol·kg-1 ● 所有纯液体和固体均为1×105 Pa条件下最稳定或
2Fe2+(1.0mol ·dm–3) + Cl2(101325Pa) = 2Fe3+(1.0mol ·dm–3) + 2Cl– (2.0mol ·dm–3)
解： (–) Fe2+
Fe3+ + e
(+) Cl2 + 2e 2Cl–
(–) Pt | Fe2+ (1.0mol ·dm–3) ， Fe3+ (1.0mol ·dm–3) ||
这这样样,,就就可可依依次次测测出出各各个个电电极极在在标标准准 态态时时的的电电极极电电势势。。
电化学与金属腐蚀
➢标准电极电势的测定
由标准锌电极与标准氢电极 构成的原电池，其电池表示 式为:
Zn|Zn2+(1mol·dm-3)||H3O+(1mol·dm-3)|H2(1×105Pa)∣Pt θ(Zn2+/Zn) θ(Zn2+/Zn) ＝ －0.763 V
所以ΔrGm= -nFE 或 ΔrGm = -nFE
从热力学的化学反应等温式中，可得到下式：
EE R nFTln[c[(c反 (产应 物/物 c/） c]b]a）
上式称为电动势的能斯特（W.Nernst）方程,电动势 是强度性质,其值与反应中化学计量数的选配无关。
电化学与金属腐蚀
§4.2电极电势及其应用
最常见的形态
绝对值不可电化知学与，金属可腐蚀 测相对值
➢ 标准氢电极
铂丝
电极反应：
H2(100kPa)
2H+(aq) + 2e H2(g)
电对：H+/H2
H+(1mol·dm3) 铂黑电极
氢气泡
(H+/H2) = 0.0000V 电极表示为:
H+(1mol·dm-3) | H2(p) , Pt
Zn2+/Zn、 Cu2+/Cu Fe3+/Fe2+、MnO4–/Mn2+ H+/H2、Cl2/Cl–、O2/OH–
电 极：组成原电池的导体 金属导体如 Cu、Zn(参与电极反应) 惰性导体如 Pt、石墨棒(不参与电极反应)
电化学与金属腐蚀
电极类型(The various types of electrodes )
Zn
+
Cu = Zn 电化学与2金+属腐蚀
2+
+
Cu
负极(cathode)：电子流出，氧化反应
Zn Zn2+ + 2e
正极(anode)：电子流入，还原反应
Cu2+ + 2e
Cu
电池反应：
Zn + Cu2+
电化学与金属腐蚀
Zn2+ + Cu
电极反应(半电池反应)：
氧化态 + n e
还原态
氧化还原电对(氧化态/还原态)：Ox/Red
● 金属-金属离子电极
电极反应
Zn2+ + 2e-
Zn
电极符号 Zn (s) ∣ Zn2+ (aq)
● 气体-离子电极 电极反应 2H+ (aq)+ 2e-
电极符号
H2(g)
Pt ∣ H2(g) ∣ H+ (aq)
电化学与金属腐蚀
● 金属-金属难溶盐电极
电极反应 AgCl(s)+ e- Ag(s)+ Cl- (ag) 电极符号 Ag-AgCl (s)∣ Cl- (aq)
Cu2++Zn→Zn2++Cu
根据标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉 布斯函数，可求得(298.15K时)：
rHm = -217.2 kJ·mol-1 rGm = -212.69 kJ·mol-1
电化学与金属腐蚀
由于 ΔrGm 是系统可用来做非体积功的那部分能量 ,
而在原电池中,非体积功w ' 即为电功we, ΔrGm= w'max = -QE = -nFE
4.2.1 电极电势(Electrode Potential) 1. 电极电势的产生 M(s) Mn+(aq) + ne
M活泼
M不活泼
+- - + +- - + +- - + +- - +
M n稀
-+ +-+ +-+ +-+ +-
M n浓
溶解 > 沉积 沉积 > 溶解 电化学与金属腐蚀
电极电势(Eox/Red) ： 金属与其盐溶液间的 双电层所产生的电势差
Cl– (2.0mol ·dm–3) | Cl2(101325Pa)，Pt (+)
电化学与金属腐蚀
例：将下列反应设计成原电池并以 原电池符号表示
MnO4–(c1) + 5Fe2+(c2) + 8H+(c3) = Mn2+(c4) + 5Fe3+(c5) + 4H2O (l)
解：(–) Fe2+
Fe3+ + e
● 氧化还原电极或浓差电极
电极反应 Fe 3+ (aq)+ e-
电极符号
Fe 2+ (ag)
Pt∣Fe 3+ (aq, c1), Fe 2+ (aq, c2)
电化学与金属腐蚀
原电池的表示符号：
( – ) Zn | Zn2+(1.0mol·dm–3) || Cu2+(1.0mol·dm–3) | Cu ( + )
书写原电池符号的规则：
(1) 负极“–”在左边，正极“+”在右边，盐桥 “‖”在中间
(2) 半电池中两相界面用“ | ”分开，同相不同物 种用“ ，”分开，溶液、气体要注明ci，pi
(3) 纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用
“，”分开
电化学与金属腐蚀
例：将下列反应设计成原电池并以 原电池符号表示