第8章-金属阳极过程
腐蚀学原理第八章 金属在自然环境中的腐蚀_图文
零件之间的间缝和狭缝、氧化膜和腐蚀产物以及镀层中的 孔隙、材料的裂缝，以及落在金属表面上的灰尘和碳粒下 的缝隙等等，都是促使毛细凝聚的良好条件。在这些地方 大气腐蚀的产生和加速，很大程度上取决于毛细凝聚作用 。
2 吸附凝聚。在相对湿度低于100％时，未发生纯粹的物 理凝聚之前，由于固体表面对水分子的吸附作用也能形成 薄的水分子层。吸附的水分子层数随相对湿度的增加而增 加。吸附水分子层的厚度也与金属的性质及表面状态有关 。一般为几十个分子层的厚度。
(2) 湿膜的形成
金属暴露在室外大气或易遭到水滴飞溅的条件下，金属表面易形 成约1μm～1mm厚的可见水膜。这种情况如大气沉降物的直接 降落(雨、雪、雾、露、融化的霜和冰等)；水分的飞溅(海水的 飞沫)；周期浸润(海平面上工作的零件，周期地与水接触的构件 等)；空气中水分的凝结(露点以下水分的凝结、水蒸气的冷凝等 )。例如，露天仓库、户外工作的飞机、设备、仪器、海上运输 和水上飞机等，这些都经常会溅上水分或落上雨雪。
在中性或碱性液膜下：O2+2H2O+4e → 4OH－
在酸性液膜下： O2+4H++4e → 2H2O
3．大气腐蚀机理
大气腐蚀开始时受很薄而致密的氧化膜性质的影响。一旦金属处于“湿态 ”，即当金属表面形成连续的电解液膜时，就开始以氧去极化为主的电化 学腐蚀过程。在薄的锈层下氧的去极化在大气腐蚀中起着重要的作用。
8.1.3 影响大气腐蚀的主要因素
1．大气相对湿度的影响
空气中含有水蒸气的程度叫做湿度。水分愈多，空气愈潮 湿，通常以1m3空气中所含的水蒸气的克数来表示潮湿程 度，称为绝对湿度。在一定温度下空气中能包含的水蒸气 量不高于一定极限(不高于大气中的饱和蒸汽值)，温度愈 高，空气中达到饱和的水蒸气量就愈多。所以习惯用在某 一温度下空气中水蒸气的量和饱和水蒸气量的百分比来表 示相对湿度(RH)。当空气中的水蒸气量增大到超过饱和 状态，就出现细滴状的水露。
电化学原理及应用智慧树知到课后章节答案2023年下北方民族大学
电化学原理及应用智慧树知到课后章节答案2023年下北方民族大学北方民族大学第一章测试1.电解池的正极对应于（）A:阴极 B:不确定 C:阳极答案:阳极2.影响离子运动速度的主要因素不包括:（）A:离子的本性 B:温度 C:溶剂黏度 D:溶液pH答案:溶液pH3.第一个化学电源是1799年由物理学家（）。
A:法拉第 B:伽伐尼 C:伏打答案:伏打4.电池放电时正极对应于（）。
A: 不确定 B:阳极 C:阴极答案:阳极5.目前电化学的测量方法有（）。
A:示差法 B: 稳态法 C:暂态法 D:补偿法答案: 稳态法;暂态法6.（）属于电化学研究范畴。
A:腐蚀 B:电解池 C:电池 D:磨损答案:腐蚀;电解池 ;电池7.石墨中能够导电的载流子是（）。
A:电子B: 等离子体 C:其余选项都不对D:离子答案:电子8.对电化学学科做出重大贡献的人物有（）A:塔菲尔 B:牛顿 C:法拉第 D: 能斯特答案:塔菲尔;法拉第; 能斯特9.现代电化学研究的主体对象是（）。
A:电极过程动力学 B: 电化学热力学 C:电解质溶液理论 D:其余选项都不对答案:电极过程动力学10.第一类导体的载流子是（）A:空穴 B:正离子 C:电子 D:负离子答案:空穴;电子第二章测试1.相间电位产生主要的原因是（）A:偶极子双电层 B:吸附双电层 C:离子双电层 D:表面电位答案:离子双电层2.最精确和合理的测量电池电动势的方法是 ( )A:电容法 B:补偿法 C:示差法 D:伏安法答案:补偿法3.伽伐尼电位差又称为（）A:化学位差 B:电化学位差 C:内电位差 D:外电位差答案:内电位差4.（）是可测可控的。
A:绝对电位 B:外电位 C:内电位 D:相对电位答案:外电位;相对电位5.所有的电极都能建立平衡电势。
A:对 B:错答案:错6.298 K时，电池反应H2(g)+1/2 O2 = H2O(g)的标准电池电动势为E1，那么电池反应2H2(g)+O2 = 2H2O(g) 所对应的电动势为E2（）A: E1=1/2E2 B: E1=E2 C:无法确定 D: E1=2E2答案: E1=E27.盐桥能（）消除液接电位。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
电化学 第8章 金属电极的阳极过程
图8.1 金属的阴阳极极化曲线第8章 金属阳极过程8.1 金属阳极溶解8.1.1 概述化学电源、电解冶炼、电镀工业等都广泛地使用可溶性金属阳极，它往往要求金属阳极能够正常的溶解。
金属以离子形式进入溶液的阳极过程是由许多步骤组成的（阴极过程逆过程）。
从位置因素考虑金属的边角处先溶解。
包括金属晶格的破坏、电子转移、金属离子水化（或络合）等，并由对流、电迁移、扩散等方式使它们离开电极表面，用图表示如下：一般金属离子的水解过程速度很快，不会成为控步，金属晶格的破坏、电子转移步骤往往是控步。
以电化学步骤为例：()根据“微观可逆”原理，由于多价金属离子还原过程中往往是第一个电子还原步骤最慢，因此在阳极溶液过程中是失去最后一个电子的步骤最慢,即为控制步骤。
（为表观传递系数）显然， 即阳极的表观传递系数较阴极大。
对应的极化曲线如右图。
8.1.2金属阳极溶解的影响因素1、 金属本性的影响。
金属阳极溶解的条件为： 可能性，速度视大小而定。
（典型：氢氧反应生成水，热力学上没问题，但必须提供一定能量后反应才会发生）即只要电极位高于金属的平衡电位与过电位之和即可发生电极的溶解。
：热力学参数，表示反应的可能性。
越小，反应越容易进行。
一定时，大，则 小，小，则大。
注：这里高、中、低与氢过电位金属无关。
（上述过电位是指在一定电流密度下的相对大小，而氢过电位是指时的过电位）2、 溶液组成的影响即浓度C 、络离子、表面活性剂、阴离子（卤素等）的影响。
这里主要介绍阴离子的影响。
1 阴离子对阳极反应的影响比对阴极反应的影响大溶液中阴离子浓度记为，一般为卤素或等。
此时（单电子为例）=1、2、3之中的某一正数。
不仅影响电位，还可以以一定的反应级数参加反应。
这说明与金属表面上的金属形成了表面络和物。
2 并不是所有的阴离子都能加速阳极过程。
如果生成的表面络合物可溶，则使金属上的键变弱，容易使金属离子进入溶液，从而加速电极过程；而有些阴离子则无此能力，在表面上吸附后阻化了反应的进行。
第八章 OLED的器件设计说课讲解
图8-4显示以不同反射率的金属为阳极与器件效率的关系，其中以 高反射的铝和银当作阳极，器件效率可以是下发光型器件的1.6倍。如果 以反射率80％的镁当作阳极时效率也还超过下发光型器件。而其他反射 率较低的金属，效率都比下发光型器件低，因此高反射阳极还是主流。
下发光型器件：阴极高反射率，阳极高透过率，大部分光直 接从透明电极出射，一部分由高反射率的电极全反射，如图8-6 （a）,此时的干涉现象大致属于广角干涉。
上发光型器件：阴极为半透明金属，光的反射增加，造成多 光束干涉，微腔效应更明显。发光强度和发光颜色会随视角而改 变。
图8-6 （a）广角干涉；（b）多光束干涉示意图
表8-1 透明阴极的发展
1996年，Forrest等人率先使用10nm的Mg:Ag(30：1)加上40nm的 ITO当成半透明阴极，其透射率在可见光区大约为70％。所制成的A l q 3 器件上下都发光，外部量子效率加起来约0.1％。同时，溅射ITO的功率 只有5W,沉积速率只有0.3nm/min，溅射40nm需要超过2h;而且薄的金属 层不足以抵挡溅射过程对有机层的破坏，分子键被打断，能级发生变化。
8.1.2 上发光型器件阳极
OLED的阳极通常都是由高功函数的材料所组成的。而 上 发 光 型 器 件 中 ， 阳 极 必 须 具 有 反 射 性 。 Au （ 5.1 ） 、 Ni （5.15）、Pt（5.65）功函数较高但反射率只有50％~60％， Al（4.28）、Ag（4.26）反射率90％以上但功函数稍低，通 常要搭配合适功函数的材料，如Al/ITO、Ag/ITO或是Al/Ni、 Al/Pt。或使用适合的空穴注入材料。CFx、MoOx、利用UVozone处理Ag表面形成薄膜 Ag 2O (4.8~5.1eV)。
阳极工艺流程
阳极工艺流程阳极工艺是一种重要的金属加工工艺，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
它通过电化学原理，在金属表面形成一层致密、均匀、耐腐蚀的氧化膜，提高金属的耐蚀性和耐磨性。
下面将介绍阳极工艺的流程。
首先，准备工件。
在进行阳极处理之前，需要对工件进行清洗和去油处理，以确保金属表面干净无尘，去除表面油污和杂质，为后续的处理工作做好准备。
接着，进行阳极氧化。
将清洁的工件放入含有氧化剂的电解槽中，通过外加电流，在工件表面形成氧化膜。
氧化剂通常采用硫酸、硫酸铬、磷酸等化学物质，根据不同金属材料的特性和要求选择合适的氧化剂。
随后，进行封孔处理。
在氧化膜形成后，需要对其进行封孔处理，以提高氧化膜的密封性和耐蚀性。
封孔处理通常采用热水封孔或镉盐封孔，通过热水或镉盐溶液的浸泡，将氧化膜表面的微孔封闭，形成致密的保护膜。
接着，进行着色处理。
根据工件的要求，可以对氧化膜进行着色处理，以改变其表面颜色，增加装饰效果。
着色处理通常采用阳极氧化着色或化学着色，通过在特定条件下控制氧化膜的厚度和孔隙结构，使其呈现出不同的颜色。
最后，进行封闭处理。
在氧化膜形成并完成着色处理后，需要对其进行封闭处理，以提高其耐蚀性和耐磨性。
封闭处理通常采用热封闭或冷封闭，通过热处理或化学溶液浸泡，将氧化膜表面的微孔封闭，形成致密的保护膜。
总之，阳极工艺流程包括准备工件、阳极氧化、封孔处理、着色处理和封闭处理。
通过这一系列工艺步骤，可以使金属表面形成均匀致密的氧化膜，提高其耐蚀性和耐磨性，满足不同工件的功能和装饰需求。
阳极工艺在工业生产中具有重要的应用价值，对于提高产品质量和降低成本具有重要意义。
第1章 电解质溶液09-1
8
氯碱工业是仅次于硫酸和化肥的重要无机化学产业，已经有百 年的历史，但如何节约电能、热能、原料等措施都能对国民经 济产生巨大的推动作用。 人们在长期实践的基础上改善了许多电解工艺，比如１９６０ 年出现的在Ti电极上镀Pt、Ir、RuO2代替石墨的电解槽，Ti的 重量只有铁的５６％，强度超过铁，地壳总重量占０.４４％， 储量充足，表面可形成TiO2耐腐蚀性好，表面涂贵金属的目的 是增加导电性，这种电极的优点是：
19
1600年，英国物理学家吉伯发现，不仅琥珀和煤玉 摩擦后能吸引轻小物体，而且相当多的物质经摩擦 后也都具有吸引轻小物体的性质，他注意到这些物 质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。为了 表明与磁性的不同，他采用琥珀的希腊字母拼音把 这种性质称为“电的”。吉伯在实验过程中制作了 第一只验电器，这是一根中心固定可转动的金属细 棒，当与摩擦过的琥珀靠近时，金属细棒可转动指 向琥珀。
7.贾梦秋,应用电化学,高等教育出版社,2004.
8.腾岛昭,电化学测定方法,北大出版社,1995.
3
绪言
1.从氯碱工业说起： 氯碱工业是大家比较熟悉的和重要的电化学工业，它 是以食盐为原料，将其水溶液进行电解，这样同时支取氯 气、氢气和烧碱（NaOH）。 氯气可以和氢气合成盐酸和制造漂白粉外，又是很多有机 产品的原料，如六六六．滴滴涕，聚氯乙烯（PVC）、有机 溶剂和中间产品的原料。 烧碱则大量用于化学工业．造纸．纺织、肥皂、冶金和石 油部门。
1833年法拉第根据多次实验结果归纳出了著名的法拉第定律, 为电化学的定量研究和电解工业奠定了基础.
1870年人们创造了发电机,电解才被广泛地应用于工业中
22
金属表面的精饰 电化学新能源的开发和利用
第八章电化学分析法
二、电化学分析法的特点
（1）灵敏度、准确度高，选择性好 被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。 （2）电化学仪器装置较为简单，操作方便 直接得到电信号，易传递，尤其适合于化工生产中的自动控 制和在线分析。 （3）应用广泛 传统电化学：无机离子分析H+、F-、Cl-、K+； 有机电化学分析：蛋白质、氨基酸 药物分析：磺胺类药物含量分析 活体分析：肌苷含量、酶活性分析
1、直接电位法:电极电位与溶液中电活性物质活度有关，通 过测量溶液的电动势，根据能斯特方程计算被测物质的含量 如饮用水中氟离子含量测定 研制各种高灵敏度、高选择性的电极是电位分析法最活跃的 研究领域之一。目前应用最多、选择性最好的是膜电极
2、理论基础：能斯特方程（电极电位与溶液中待测离子间 的定量关系式）。
对于氧化还原体系： Ox + ne- = Red
O Ox/RedR nFTlnaaROedx
对于金属电极（还原态为金属，活度定为1）：
M On/MR nF TlnaMn
二、离子选择性电极种类、结构与原理 1、种类
离子选择性电极(又称膜电极)。
1976年IUPAC基于膜的特征，推荐将其分为以下几类： 重点使用 原电极（primary electrodes）
电池工作时，电流必须在电池内部和外 部流过，才能构成回路。
溶液中的电流：正、负离子的移动。
1、原电池
负极：发生氧 化反应的电极。
正极：发生还 原反应的电极。
电极电位较高 的为正极
电极电位较低 的为负极
电池总反应是 两个电极反应 的加合
2、电解电池
阳极：与直流 电源正极相连 的一段，发生 氧化反应。
电化学分析的学习参考资料
第八章_主族金属元素(二)铝_锡_铅_砷_锑_铋
2. 氢氧化铝
c(Al3+)/mol.L-1 pH - )/mol c(Al(OH)4 pH 10-1 3.4 10-1 12.9 10-2 3.7 10-2 11.9
-
无机化学 jycjgb@
表8-6 与Al(OH)3平衡的Al3+、Al(OH)4-浓度和pH的关系
10-3 4.0 10-3 10.9 10-4 4.4 10-4 9.9 10-5 4.7 10-5 8.9
57 La 58 Ce 59
61Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68
无机化学 jycjgb@
1.p区元素共31种，其中有10种金属。金
属的熔点都比较低。
2.价电子构型：ns2np1-6
3. 同一族自上而下，原子半径逐渐增大，
金属性逐渐增强，非金属减弱。
（2）γ-Al2O3
无机化学 jycjgb@
γ-Al2O3：是在450℃左右加热Al(OH)3分解或 (NH4)2SO4· Al2(SO4)3· 24H2O （铝铵矾）制得， 又称活性氧化铝，具有酸碱两性。 它虽不溶于水，但能溶于酸或碱中。 它是一种多孔性物质，具有很大的表面积 ，1g的γ-Al2O3的表面积可达 200-600 m2。因 此，可用作吸附剂或催化剂载体。
1. 铝的性质
③ 两性
无机化学 jycjgb@
两性： Al是典型的两性金属，既能溶于强酸，也 能溶于强碱，并放出H2气。其氧化物及氢氧化物 都具有两性。 2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2↑ 2Al+2OH-+6H2O → 2[Al(OH)4]- + 3H2↑
2．铝的冶炼
第八章电解冶金及有关功能材料的制取
第八章电解冶金及有关功能材料的制取第一节电解制取金属及合金材料的重要意义和电解冶金的分类金属和合金材料在国民经济中具有很重要的地位，在自然界中，金属元素一般都是以化合物存在金属冶炼与合金材料的制取是必不可少的。
金属化合物还原为金属的两种方法：①热还原法，用还原剂如碳、氢、镁、钠在一定温度下把金属化合物还原为金属；②电解法，包括电解提取(或称电解生产)、电解精炼以及粉末金属的制取。
电解法制取金属的优点：①还原能力强，用还原剂方法不能还原的活泼金属如钠，电解是其惟一的制备方法；②不用还原剂，引入杂质较少，可获纯度较高的金属；③与火法冶金相比，水溶液电解放入大气中的烟尘和废气较少，有利于环境保护。
因此，已有不少金属采用电解法进行生产或精炼。
电解冶金：分为水溶液电解和熔盐电解两种。
水溶液电解大多数是电解金属氯化物或硫酸盐，电流效率高、操作条件简单。
熔盐电解制取碱金属、碱土金属、稀土金属、铝、钛等活泼金属。
在有机溶剂电解液中也可电沉积某些活泼金属及合金。
金属电沉积:包括金属电解提取、电解精炼和粉末金属的制取，电镀。
电解提取：矿物经化学处理，制成氧化物或盐类，进行电解以制取金属。
例如电解提取铜，其主要流程为铜精矿焙烧→焙烧产物(氧化铜、硫酸铜)的稀硫酸浸出和净化→硫酸铜溶液→电沉积铜。
电解时使用不溶性阳极，氯化物溶液常用石墨(或钛钌阳极)阳极，硫酸盐溶液常用铅或铅合金阳极。
电解精炼：利用电解方法将含有杂质的金属进行提纯。
把被精炼的金属作阳极，欲制取的纯金属或不被电解液腐蚀的其他金属作阴极，在适当的电解液中进行电解。
阳极上电位正于被精炼金属的杂质仍然留在电极上或成为粉末状沉淀，称为阳极泥。
其他电位比被精炼金属更负的杂质金属，则与被精炼的金属一起溶到电解液中，但只有被精炼的金属才能沉积在阴极上。
例如铜的电解精炼以粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解液为酸性硫酸铜溶液，在阴极上析出纯铜。
电解制取金属粉末：在粉末冶金、有机合成等方面都要用到金属粉末。
有机化学课件：第8章 氧化还原反应
还原态物质的还原能力就越弱； 氧化态物质的氧化能力越弱，其对应的 还原态物质的还原能力就越强。
2 MnO4 + 10 Cl + 16 H+ = 2 Mn2+ + 5Cl2 + 8 H2O
Cl Cl2
MnO4 H Mn2 H2O
氧化值是人为的定义；
氧化值与化合价的区别
化合价：表示元素的原子结合成分子时，原子 数目的比例关系。从分子结构来看，化合价是 指形成共价化合物时所形成的共价键的数目。 只能是正整数。
CH4 、CH3Cl 、CH2Cl2 、CHCl3 CCl4 化合价均为4 氧化值分别为：-4、-2、0、+2、+4
二、氧化还原反应
氧化半反应
还原半反应
电池反应：原电池中发生的总的氧化还原反应 Zn + Cu2+ Cu + Zn2+
盐桥的作用
盐桥：饱和KCl溶液+琼胶，其中离子可自由迁移。
负极： Zn Zn2+ + 2eZn2+过剩，显正电性，阻 碍半反应继续进行，盐桥 中的Cl-中和过量的正电荷。
正极的情况与之相反。
盐桥的作用
元素的氧化值发生变化的反应
Cu2++Zn
Zn2++Cu
在氧化还原反应中， 氧化(oxidation)：元素的氧化值升高的过程
还原(reduction)：氧化值降低的过程 氧化剂(oxidant)： 氧化值降低 的物质 还原剂(reductant)：氧化值升高的物质
Cu2+ + Zn
氧化剂 还原剂
电化学原理习题课-资料
(+) Ag eAg
02.3F RT lo1g0 (.4)0 02.3F RT lo1g0 (.7)2
E 2 .3 R[T l1 o 0 .4 g) 0 (lo 0 .1 g 0 .7 () 2 0 .0V 44 F
设计电池时要写对电池组。
0(P|S t 2 n ， S4 n)0.15 V4
E 0 0 ( P |F 3 ， t F 2 e ) 0 e ( P |S 2 ， t S n 4 ) n 0 . 7 0 . 1 7 0 . 5 6 1 V 4 1
所以，E E 0 2 .3 RlT o c S2 g n c F 23 e 0 .6 1 0 .0 75 lo 0 9 .0 g 1 0 (0 .0 1 )21 0 .6V 5
2 F cc 2 S4 n F 2 e
2 0 .0 ( 1 0 .0)2 01
问题：
2.3RT
① 200C时， F 0.0581 250C 时，2.3RT 0.0591
同时第6章习题F4也有类似情况。
②能斯特方程“+”“-”号， 平衡电位——氧化态、还原态 电动势——反应物、生成物
③活度计算公式
所以电极表面带正电。 ①当电极在零电荷电位时电极表面无双电层结构，界面层
中正负离子浓度相等，电位为0，如下图所示。
0
C+=C—
a 0
X
X
②电极在平衡电位时，其双电层结构示意图和双电层内离 子浓度分布与电位分布图如下图。
a
a 1
注意：①画图紧密层厚度为d； ②外电位写法为ψ1 ，而不是φ1。
子平均活度系数 0.544
现代印制电路原理与工艺 第8章 蚀刻技术
图8-12 印制板在蚀刻中的蚀刻系数
由于侧蚀所产生的侧蚀成都称为“蚀刻因素”或 “蚀刻系数”。蚀刻系数定义为：蚀刻深度与侧 蚀宽度之比 蚀刻系数越大，则侧蚀越轻。
8.7.3 突沿的产生 在图形电镀－蚀刻工艺中，由于镀铜后再镀锡－铅金属层， 或其它金属层，它们的总厚度与抗蚀层的厚度不一致，可 能出现三种情况： 电镀层的总厚度小于抗蚀层的厚度，点都城不会增宽
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第8章 蚀刻技术
印制电路原理和工艺
概述
过硫酸盐蚀刻
蚀刻技术
三氯化铁蚀刻
铬酸/硫酸蚀刻
氯化铜蚀刻 过氧化氢/硫酸 蚀刻工艺
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侧蚀与镀层突沿 侧蚀设备
蚀刻技术
蚀刻技术
8.1 概述 当印制电路板在完成图形转移之后，要用化学腐 蚀的方法，去除无用的金属箔（层）部分，以获 得所需要的电路图形。这一工艺过程称为“蚀刻 工艺”，简称“蚀刻”。
蚀刻工艺及工艺因素
H3PO4浓度
B
pH
A 蚀刻工艺因素
C
硫酸的浓度
溶铜量
E
D
温度
8.7 侧蚀与镀层突沿
8.7.1 侧蚀原因
在采用减成法或半加成法制造印制电路板时，在
蚀刻工艺中，随着蚀刻向纵深方向发展的同时， 铜导线的侧面地被腐蚀，这种现象成为“侧蚀”。 侧蚀现象是蚀刻中不可避免地，只能设法减少， 但不可能消除。
铜含量 二价铜的离子含量过低、则蚀刻速 度过慢；当过高，则溶液不稳定。 它的存在能提高蚀刻剂对铜的腐蚀 能力并保持较高的蚀刻速度。
活化剂
pH值
pH=8.5最好，这时溶液中既有足 够络合剂NH3又不会因PH过高而 使氨挥发造成大的损失。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第八章-应力腐蚀
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械 性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所 造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按 特有机理产生的断裂，其断裂抗力比单个因素分别 作用后再迭加起来的要低得多。所以发生应力腐蚀 时，应力可以是很低的，介质的腐蚀性也可以是很 弱的，也正因如此，应力腐蚀经常受到忽视，导致 “意外”事故不断发生，经常造成灾难性的后果。 4
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
应力腐蚀显微裂纹有分 叉现象，呈枯树枝状，如图 8-2所示。表明在应力腐蚀 时，有一主裂纹扩展较快， 其它分支裂纹扩展较慢。根 据这一特征可以将应力腐蚀 与腐蚀疲劳、晶间腐蚀及其 它形式的断裂区分开来。 12
图8-2 应力腐蚀裂纹的分叉现象
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
2.应力腐蚀造成的破坏是脆性断裂。 3.纯金属一般不发生应力腐蚀。只有在特定的合金 成分与特定的介质组合时才会造成应力腐蚀。 4.应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10－9～10－6m/s， 是比较缓慢的，达到某一临界尺寸时产生失稳扩展 导致断裂。 5.应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的 扩展常垂直于拉力轴。 10
渡区，当KI≥KIC时，裂纹失稳扩展断裂。
第II阶段越长，材料抗应力腐蚀性能越好。如果能测出此阶段da/dt及结
25束时的KI值，就可估算出机件在应力腐蚀条件下的剩余寿命。
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
六、防止应力腐蚀的措施
从产生应力腐蚀的条件来看，防止应力腐蚀的措 施，主要是合理选择金属材料，减少或消除机件中的 残余应力及改变化学介质条件。此外，也可以采用电 化学方法进行保护。 1.合理选择金属材料：针对机件所受的应力和接触的 化学介质，一个基本原则是选用耐应力腐蚀的金属材 料。例如铜对氨的应力腐蚀敏感性很高，那么接触氨 气氛的机件就应避免使用铜合金。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1．何谓腐蚀？为何提出几种不同的腐蚀定义？2．表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有何联系？3．镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚？若铅以这个速度腐蚀，其ϖ深(mm/a)多大？4．已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2，求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀？第二章电化学腐蚀热力学1．如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向？如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向？2．何谓电势-pH图？举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3．何谓腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。
4．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？5．a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势（相对于SHE）。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6．当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中，CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时，银是否会发生析氢腐蚀？7．Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应？当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止？第三章电化学腐蚀反应动力学1．从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2．在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？3．浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？4．混合电位理论的基本假说是什么？它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？5．何谓腐蚀极化图？举例说明其应用。
6．试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7．何谓腐蚀电势？试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8．铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V（相对1mol/L甘汞电极）时的氢过电势是多少？9．Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V（相对1mol/L甘汞电极），计算该电极的极化值。
大学物理化学核心教程课后参考答案第8章
第八章电化学一．基本要求1．理解电化学中的一些基本概念,如原电池和电解池的异同点,电极的阴、阳、正、负的定义,离子导体的特点和Faraday 定律等;2．掌握电导率、摩尔电导率的定义、计算、与浓度的关系及其主要应用等;了解强电解质稀溶液中,离子平均活度因子、离子平均活度和平均质量摩尔浓度的定义,掌握离子强度的概念和离子平均活度因子的理论计算;3．了解可逆电极的类型和正确书写电池的书面表达式,会熟练地写出电极反应、电池反应,会计算电极电势和电池的电动势;4．掌握电动势测定的一些重要应用,如：计算热力学函数的变化值,计算电池反应的标准平衡常数,求难溶盐的活度积和水解离平衡常数,求电解质的离子平均活度因子和测定溶液的pH等;5．了解电解过程中的极化作用和电极上发生反应的先后次序,具备一些金属腐蚀和防腐的基本知识,了解化学电源的基本类型和发展趋势;二．把握学习要点的建议在学习电化学时,既要用到热力学原理,又要用到动力学原理,这里偏重热力学原理在电化学中的应用,而动力学原理的应用讲得较少,仅在电极的极化和超电势方面用到一点;电解质溶液与非电解质溶液不同,电解质溶液中有离子存在,而正、负离子总是同时存在,使溶液保持电中性,所以要引入离子的平均活度、平均活度因子和平均质量摩尔浓度等概念;影响离子平均活度因子的因素有浓度和离子电荷等因素,而且离子电荷的影响更大,所以要引进离子强度的概念和Debye-Hückel极限定律;电解质离子在传递性质中最基本的是离子的电迁移率,它决定了离子的迁移数和离子的摩尔电导率等;在理解电解质离子的迁移速率、电迁移率、迁移数、电导率、摩尔电导率等概念的基础上,需要了解电导测定的应用,要充分掌握电化学实用性的一面;电化学在先行课中有的部分已学过,但要在电池的书面表示法、电极反应和电池反应的写法、电极电势的符号和电动势的计算方面进行规范,要全面采用国标所规定的符号,以便统一;会熟练地书写电极反应和电池反应是学好电化学的基础,以后在用Nernst 方程计算电极电势和电池的电动势时才不会出错,才有可能利用正确的电动势的数值来计算其它物理量的变化值,如：计算热力学函数的变化值,电池反应的标准平衡常数,难溶盐的活度积,水的解离平衡常数和电解质的离子平均活度因子等;学习电化学一方面要掌握电化学的基本原理,但更重要的是关注它的应用;对于可逆电池的实验可测量有：可逆电池的电动势E 、标准可逆电动势E 和电动势的温度系数pE T ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭,利用这些实验的测定值,可以用来： 1 计算热力学函数的变化量,如r m r m r m r m R , , , , G G S H Q ∆∆∆∆等;2 计算电池反应的标准平衡常数,难溶盐的活度积ap K 和水的解离常数W K 等;3 根据电动势数值的正、负,来判断化学反应自发进行的方向;4 计算离子的平均活度因子γ±;5 计算未知溶液的pH 值;6 进行电势滴定7 绘制电势-pH 图,并用于金属的防腐及湿法冶金等;在这些应用中,难免要用到如何将一个化学反应设计成相应电池的问题,所以要了解如何将一些简单的化学反应设计成相应可逆电池的方法;现在使用的标准电极电势表基本上都是氢标还原电极电势,所以关于氧化电极电势可以不作要求,免得在初学时发生混淆;学习电解和极化的知识,主要是了解电化学的基本原理在电镀、电解、防腐和化学电源等工业上的应用,充分利用网络资源,都了解一些最新的绿色环保的新型化学电源,如氢-氧燃料电池和锂离子电池等;了解电解合成、电化学防腐等应用实例,拓宽知识面,提高学习兴趣,充分了解物理化学学科的实用性的一面;三．思考题参考答案1．什么是正极什么是负极两者有什么不同什么是阴极什么是阳极两者有什么不同答：比较电池中两个电极的电极电势,电势高的电极称为正极,电势低的电极称为负极;电流总是从电势高的正极流向电势低的负极,电子的流向与电流的流向刚好相反,是从负极流向正极;根据电极上进行的具体反应,发生还原作用的电极称为阴极,发生氧化作用的电极称为阳极;在原电池中,阳极因电势低,所以是负极;阴极因电势高,所以是正极；在电解池中,阳极就是正极,阴极就是负极;2．电解质溶液的电导率随着电解质浓度的增加有什么变化答：要分强电解质和弱电解质两种情况来讨论;电解质溶液的电导率是指单位长度和单位截面积的离子导体所具有的电导;对于强电解质,如HCl, H SO, NaOH24等,溶液浓度越大,参与导电的离子越多,则其电导率会随着浓度的增加而升高;但是,当浓度增加到一定程度后,由于电解质的解离度下降,再加上正、负离子之间的相互作用力增大,离子的迁移速率降低,所以电导率在达到一个最大值后,会随着浓度的升高反而下降;对于中性盐,如KCl等,由于受饱和溶解度的限制,在到达饱和浓度之前,电导率随着浓度的增加而升高;对于弱电解质溶液,因为在一定温度下,弱电解质的解离平衡常数有定值,所以在电解质的浓度增加的情况下,其离子的浓度还是基本不变,所以弱电解质溶液的电导率随浓度的变化不显着,一直处于比较低的状态;3．电解质溶液的摩尔电导率随着电解质浓度的增加有什么变化答：要分强电解质和弱电解质两种情况来讨论;电解质溶液的摩尔电导率是指,将含有1 mol 电解质的溶液,置于相距为单位距离的两个电极之间所具有的电导;由于溶液中导电物质的量已给定,都为1mol,所以,对于强电解质,当浓度降低时,正负离子之间的相互作用减弱,正、负离子的迁移速率加快,溶液的摩尔电导率会随之而升高;但不同的电解质,摩尔电导率随着浓度的降低而升高的程度也大不相同;当浓度降到足够低时,摩尔电导率与浓度之间呈线性关系,可用公式表示为(m m 1∞=-ΛΛ;所以强电解质的无限稀释的摩尔电导率可以用外推到0→c 得到;对于弱电解质溶液,因为在一定温度下,弱电解质的解离平衡常数有定值,在电解质的浓度下降的情况下,其离子的浓度基本不变,所以弱电解质溶液的摩尔电导率在一般浓度下,随浓度的变化不显着,一直处于比较低的状态;直到溶液的浓度很稀薄时,由于正负离子之间的相互作用减弱,摩尔电导率随着浓度的降低开始升高,但不成线性关系,当溶液很稀很稀时,摩尔电导率随着浓度的降低迅速升高,到0→c 时,弱电解质溶液的离子无限稀释的摩尔电导率与强电解质的一样;所以弱电解质的无限稀释的摩尔电导率可以用离子的无限稀释的摩尔电导率的加和得到,即 m m, m,∞∞∞+-=+ΛΛΛ;4．在温度、浓度和电场梯度都相同的情况下,氯化氢、氯化钾、氯化钠三种溶液中,氯离子的运动速度是否相同氯离子的迁移数是否相同答：因为温度、浓度和电场梯度都相同,所以三种溶液中氯离子的运动速度是基本相同的,但氯离子的迁移数不可能相同;迁移数是指离子迁移电量的分数,因为氢离子、钾离子、钠离子的运动速度不同,迁移电量的能力不同,所以相应的氯离子的迁移数也就不同;5．为什么氢离子和氢氧根离子的电迁移率和摩尔电导率的数值比同类离子要大得多答： 因为氢离子和氢氧根离子传导电流的方式与其它离子不同,它们是依靠氢键来传递的,所以特别快;它们传导电流时,不是靠离子本身的迁移,而是依靠氢键和水分子的翻转来传导电荷的;如果在非水溶液中,氢离子和氢氧根离子就没有这个优势;6．强电解质如4CuSO ,2MgCl 等,在其溶液的浓度不是太大的情况下,电解质的摩尔电导率与它的离子摩尔电导率之间是什么关系答：在溶液不太浓时,可以近似认为强电解质是完全解离的,其摩尔电导率就等于离子摩尔电导率的加和;但对于组成离子的电价数大于1,特别是在正、负离子的电价不对称时,在选取基本单元时要注意使粒子的荷电量相同,若粒子的荷电量不同时,要在前面乘以因子,使等式双方相等;现用以下例子来表明它们之间的关系：对于A B -型的对称电解质,它们之间的关系比较简单,如或 22 m 4 m m 4111CuSO Cu SO 222+-⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ΛΛΛ 对于2A B -型的不对称电解质,由于正负离子的电价数不同,要注意选取荷电量相同的粒子作为基本单元,若荷电量不同,要在前面乘以因子,如或 2 m 2 m m 11MgCl Mg (Cl )22+-⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ΛΛΛ7．在电解质溶液中,如果有i 种离子存在,则溶液的总电导应该用如下的哪个计算式计算答：应该用1式计算;因为溶液的总电导等于各个离子电导的加和,即在溶液中,离子是以并联形式存在的,而不是以串联形式存在的,总的电阻不可能等于所有离子电阻的加和;8．标准电极电势是否就等于电极与周围活度为1的电解质溶液之间的电势差 答：不是;由于电极表面性质比较复杂,电极与周围电解质溶液之间的真实电势差是无法测量的;现在把处于标准状态下的电极即待测电极与标准氢电极组成电池,将待测电极作还原极即正极,并规定标准氢电极的电极电势为零,这样测出的电池电动势就作为待测电极的电极电势,称为标准氢标还原电极电势,简称为标准电极电势,用符号Ox|Red E 表示;9．为什么标准电极电势的值有正有负答：因为规定了用还原电极电势,待测电极与氢电极组成电池时,待测电极放在阴极的位置,令它发生还原反应;但是比氢活泼的金属与氢电极组成电池时,实际的电池反应是金属氧化,氢离子还原,也就是说电池的书面表示式是非自发电池,电池反应是非自发反应,电动势小于零,所以电极电势为负值;如果是不如氢活泼的金属,则与氢电极组成的电池是自发电池,电极电势为正值;10．某电池反应可以写成如下两种形式,则所计算出的电动势E ,标准摩尔Gibbs 自由能变化值和标准平衡常数的数值是否相同1 222H 2Cl H ()Cl ()2HCl()p p a += 2 222H 2Cl 11H ()Cl ()HCl()22p p a +=答：电动势E 是电池的性质,不管电池反应中电子的计量系数是多少,电动势E 总是相同的;如果从计算电池电动势的Nernst 方程看,RT zF 项分母中的z 与B B Ba ν∏项中的指数B ν之间,有固定的比例关系,所以电动势E 有定值,即12E E =;但是摩尔Gibbs 自由能的变化值和标准平衡常数值却不同,r m G ∆中的下标“m ”是指反应进度为1 mol 时的Gibbs 自由能变化值,若化学方程式中的计量系数成倍数的关系,则当反应进度都等于1 mol 时,r m G ∆的值也成倍数的关系,即r m,1r m,22G G ∆=∆;如果电池都处于标准状态,则标准摩尔Gibbs 自由能变化值的关系也是r m,1r m,2G G ∆=∆;标准平衡常数与标准Gibbs 自由能的变化值之间的关系为r m ln G RT K ∆=-,r m G ∆的数值成倍数的关系,则K 的数值就成指数的关系,即212 ()K K =;11．如果规定标准氢电极的电极电势为1 V,则各可逆电极的标准氢标还原电极电势的值有什么变化电池的电动势有什么变化答：由于单个电极的电极电势无法测量,人们不得不采用相对的电极电势;目前国际上绝大多数采用的是氢标还原电极电势,即规定标准氢电极的电极电势为0 V,将待测电极作阴极还原极,这样组成的电池的电动势就作为待测电极的标准还原电极电势Ox Red E |,即如果规定标准氢电极的电极电势为 1 V,组成电池的电动势应是个定值,即实验测定的E 不变,那即各电极的标准还原电极电势值也都增加1 V;电池的电动势是两个电极的电极电势之差,所有的电极电势都增加1 V,电动势的值不会改变,这就是为什么要取共同标准的原因;12．如何用电化学的方法,测定2H O(l)的标准摩尔生成Gibbs 自由能f m 2(H O,l)G ∆答：2H O(l)的生成反应为要设计一个电池,使电池反应与之相同;方程式中,显然2H (g)是被氧化的,将氢电极放在电池的左边作阳极,2O (g)是被还原的,将氧电极放在电池右边作阴极,这是一个氢-氧燃料电池;由于氢-氧燃料电池的电动势与电解质溶液的pH 没有关系,所以两个电极中间的介质在pH 等于114之间都可以,只要保持2H (g)和2O (g)的压力都是标准压力即可;所以设计的电池为这个电池的反应就是2H O(l)的生成反应,测定电池的标准可逆电动势E 或从标准电极电势表,查阅电极的标准电极电势,进行计算得到,就可以计算2H O(l)的标准摩尔生成Gibbs 自由能f m 2(H O,l)G ∆13．设计合适的电池,计算24Hg SO (s)的溶度活度积常数ap K ;答：24Hg SO (s)的解离反应为2+22+2Hg Hg ()a 是从第一类电极中来的,是由Hg(l)氧化而来的,所以用2+22+2Hg Hg(l)Hg ()a |电极作阳极,再用一个难溶盐电极242424SO SO ()Hg SO (s)Hg(l)a --||作阴极,因为24Hg SO (s)在还原时会放出24SO -;2+2Hg 和24SO -不能共存在一个容器内,中间要用盐桥隔开,所以设计的电池为该电池的净反应与24Hg SO (s)的解离反应一致读者可以自己检验一下;从标准电极电势表,查得两个电极的电极电势,得到电池的标准电动势E ,或用实验测定该电池处于标准态时的标准电动势E ,就可以计算难溶盐的活度积常数14．为什么实际分解电压总要比理论分解电压高答：实际分解电压要克服三种阻力：1原电池的可逆电动势,这数值通常称为理论分解电压,其绝对值用R E ||表示； 2由于两个电极上发生极化而产生的超电势a η和c η,通常称为不可逆电动势；3克服电池内阻必须消耗的电位降IR ;所以实际分解电压为这样,实际分解电压E 分解一定大于理论分解电压R E ||;15．在电解池和原电池中,极化曲线有何异同点答：它们的相同点是：无论是在原电池还是在电解池中,随着电流密度的增加,阳极的实际析出电势不断变大,阳极的极化曲线总是向电势增大的方向移动；阴极的实际析出电势不断变小,阴极的极化曲线总是向电势减小的方向移动;所不同的是,在电解池中,由于超电势的存在使实际分解电压变大,随着电流密度的增加,实际消耗的电能也不断增多;而在原电池中,由于超电势的存在,使电池的不可逆电动势小于可逆电动势,随着电流密度的增加,电池的不可逆电动势不断下降,对环境作电功的能力也下降;16．将一根均匀的铁棒,部分插入水中,部分露在空气中;经若干时间后,哪一部分腐蚀最严重为什么答：在靠近水面的部分腐蚀最严重;因为在水下部分的铁棒,虽然有2CO (g)和2SO (g)等酸性氧化物溶于水中,使水略带酸性,但H + 离子的浓度还是很低的,发生析氢腐蚀的趋势不大；铁棒露在空气中的部分,虽然与氧气接触,但无电解质溶液,构成微电池的机会较小；而在靠近水面的部分,既有氧气,又有微酸性的电解质溶液,所以很容易构成微电池,发生耗氧腐蚀,这样形成的原电池的电动势比在水中的析氢腐蚀的电动势大,因而这部分腐蚀最严重;17．以金属铂为电极,电解Na2SO4水溶液;在两极附近的溶液中,各滴加数滴石蕊试液,观察在电解过程中,两极区溶液颜色有何变化为什么答：这实际是一个电解水的过程,硫酸钠仅仅起了导电的作用;电解时,在阳极上放出氧气,阳极附近氢离子的浓度变大,使石蕊试液呈红色；在阴极上析出氢气,阴极附近氢氧根离子的浓度变大,使石蕊试液呈蓝色;18．为了防止铁生锈,分别电镀上一层锌和一层锡,两者防腐的效果是否一样答：在镀层没有被破坏之前,两种防腐的效果是一样的,镀层都起了将铁与环境中的酸性气体和水隔离的目的,防止微电池的形成,防止了铁被电化腐蚀;但是镀层一旦有破损,则两者的防腐效果就大不相同;镀锡铁俗称马口铁,锡不如铁活泼;若将锡与铁组成原电池,则锡作阴极,称为阴极保护层,而铁作阳极,这样铁被腐蚀得更快;镀锌铁俗称白铁,锌比铁活泼,组成原电池时,锌作阳极,称为阳极保护层,锌被氧化,而铁作阴极,仍不会被腐蚀;19．在氯碱工业中,电解NaCl的浓溶液,以获得氢气、氯气和氢氧化钠等化工原料;为什么电解时要用石墨作阳极答：若不考虑超电势的影响,在电解NaCl的水溶液时,根据电极电势的大小,在阳极上首先析出的是氧气,而不是氯气;由于氯气的工业价值比氧气高,所以利用氧气在石墨上析出时有很大的超电势,而氯气在石墨上析出的超电势很小,所以用石墨作阳极,在阳极上首先析出的是氯气,而不是氧气,可以利用氯气作为化工原料;20．氢-氧燃料电池在酸、碱性不同的介质中,它们的电池反应是否不同在气体压力相同时,电池的电动势是否相同答：氢、氧燃料电池的电解质溶液可以是酸性,也可以是碱性,pH 在1~14的范围内,它们的电极反应虽不相同,但电池的净反应相同;在气体压力都等于标准压力时,其标准电动势都等于是 V;具体反应式和计算式如下：1 假定是pH 7<的酸性溶液负极,氧化 22H H H ()2H ()2e p a ++-→+ +2H|H 0 V E =正极,还原22O 2H 1O ()2H ()2e H O(l)2p a ++-++→ +22O |H O,H 1.229 V E =电池净反应 1 222H 2O 21H ()O ()H O(l)2p p +→当22H O p p p ==时,2 假定是pH 7>的碱性溶液负极,氧化 22H 2OH H ()2OH ()2H O(l)2e p a ---+→+正极,还原 22O 2OH 1O ()H O(l)2e 2OH ()2p a ---++→电池净反应 2 222H 2O 21H ()O ()H O(l)2p p +→当22H O p p p ==时,四．概念题参考答案1．按物质导电方式的不同而提出的离子型导体,下述对它特点的描述,哪一点是不正确的A 其电阻随温度的升高而增大B 其电阻随温度的升高而减小C 其导电的原因是离子的存在D 当电流通过时在电极上有化学反应发生 答：A;对于离型子导体,在温度升高时,离子的水合程度下降,溶液的黏度下降,电阻是变小的;2．使2000 A 的电流通过一个铜电解器,在1 h 内,能得到铜的质量是 A 10 g B 100 g C 500 gD 2 369 g答：D;用Faraday 定律计算可得3．在298 K 时,当 H 2SO 4溶液的浓度从 mol·kg -1 增加到 mol·kg -1时,其电导率k 和摩尔电导率m 的变化分别为 A k 减小 , m 增加 B k 增加 , m 增加 C k 减小 , m 减小 D k 增加 , m 减小答：D;强电解质溶液的电导率,随溶液浓度的增加而增加,因为电导率只规定了电解质溶液的体积,是单位立方体,浓度大了,导电离子多了,电导率当然要增加;但是摩尔电导率只规定了电解质的量是1 mol,电极间的距离是单位距离,但没有固定溶液的体积,所以随溶液浓度的增加,溶液体积变小,离子间相互作用增加,因而摩尔电导率减小;4．用同一电导池,分别测定浓度为 1 mol·kg -1和 2 mol·kg -1的两个电解质溶液,其电阻分别为 1000 和 500 ,则 1 与 2 的摩尔电导率之比为A 15∶B 5∶1C 105∶D 5∶10 答： B;根据摩尔电导率的定义, m cκ=Λ,cellK l GA Rκ==,cell K 称为电导池常数,同一电导池的电导池常数相同;所以电导率之比就等于电阻的反比,代入摩尔电导率的定义式,得5．有下面四种电解质溶液,浓度均为 mol·dm -3,现已按它们的摩尔电导率m 的值,由大到小排了次序;请判定下面正确的是A NaCl > KCl > KOH > HClB HCl > KOH > KCl > NaClC HCl > NaCl > KCl > KOHD HCl > KOH > NaCl > KCl 答：B ;这4种都是1-1价的强电解质,当溶液的浓度相同时,氢离子摩尔电导率最大,其次是氢氧根离子,因为氢离子和氢氧根离子是通过氢键导电的;钾离子的离子半径虽然要比钠离子的大,但是钾离子的水合程度小,所以钾离子的摩尔电导率还是比钠离子的大;6．2CaCl 的摩尔电导率与其离子的摩尔电导率之间的关系是A 2m 2m m (CaCl )(Ca )(Cl )∞∞+∞-=+ΛΛΛB 2m 2m m1(CaCl )(Ca )(Cl )2∞∞+∞-=+ΛΛΛ C 2m 2m m (CaCl )(Ca )2(Cl )∞∞+∞-=+ΛΛΛ D 2m 2m m (CaCl )2(Ca )(Cl )∞∞+∞-⎡⎤=+⎣⎦ΛΛΛ答： C;电解质的摩尔电导率与离子摩尔电导率之间关系的通式是在表示多价电解质的摩尔电导率时,为了防止混淆,最好在摩尔电导率的后面加个括号,写明所取的基本质点,防止误解;如 m 2 m 21(CaCl ), (CaCl )2∞∞ΛΛ,两者显然是倍数的关系;7．有4个浓度都是 mol·kg -1 的电解质溶液,其中离子平均活度因子最大 的是A KClB CaCl 2C Na 2SO 4D AlCl 3答：A ;按Debye-Hückel 极限定律,I z z A -+±-=γlg ,离子强度越大,平均活度因子越小;这里KCl 的离子强度最小,所以它的平均活度因子最大;8．下列电池中,哪个电池的电动势与Cl -的活度无关A Zn│ZnCl2aq│Cl2g│PtB Zn│ZnCl2aq‖KClaq│AgCls│AgC Ag│AgCls│KClaq│Cl2g│PtD Hg│Hg2Cl2s│KClaq‖AgNO3aq│Ag答：C;原则上应写出各个电池的反应,再决定电池的电动势与Cl-是否有关,这显然要化去不少时间;快速判断的方法是看电极反应,若正、负极的反应中都有Cl-,两个电极反应中的Cl-刚好可以消去,这样Cl-的活度与电池的电动势就无关,所以只有C符合条件;A和D只有一个电极反应有Cl-,不能对消;B中虽然用了ZnCl2aq,但这是一类电极,电极反应中不会出现Cl-,所以也不能对消;9．用对消法补偿法测定可逆电池的电动势,主要是为了A 消除电极上的副反应B 减少标准电池的损耗C 在可逆情况下测定电池电动势D 简便易行答：C;在用对消法测定电池的电动势时,外加了一个与电池的电动势大小相等、方向相反的工作电源,相当于外电路的电阻趋于无穷大,忽略电池内部的电阻,所得两个电极之间的电位降,可以近似作为电池的电动势;在测定时电路中几乎无电流通过,使极化现象可以忽略不计,所得的电动势可以近似作为可逆电池的电动势;10．若算得可逆电池的电动势为负值,表示此电池反应的方向是A 正向进行B 逆向进行C 不可能进行D 反应方向不确定答：B;电池电动势为负值,表明该电池是非自发电池,不能正向进行,而逆向反应是自发的;这种情况只能出现在书面表示中,就是将电池的正、负极排反了;在实验中若将正、负极接反了,就不可能形成对消线路,也就测不到电动势,能测到的电动势都是正值;11．某电池的电池反应为2+22OH 2Hg(l)O (g)2H O(l)2Hg 4OH ()a --++=+,在等温、等压下,当电池反应达平衡时,电池的电动势E 的值必然是 A E >0 B E E= C E <0 D E =0答： D ;在等温、等压下,电池反应达平衡时,Gibbs 自由能的变化值为零,即r m G ∆=0;因为r m G zEF ∆=-,所以电动势E 也必然等于零;12．某电池在298 K 、标准压力下可逆放电的同时,放出 100 J 的热量,则该电池反应的焓变r H ∆为： A r 100 J H ∆= B r 100 J H ∆> C r 100 J H ∆<- D r 100 J H ∆=-答：C ;因为在等温时,r r r G H T S ∆=∆-∆,可逆放电时放出的热量为r T S ∆,即R r 100 J Q T S =∆=-,r r 100 J G H ∆=∆+;电池能放电,说明是自发电池,r G ∆必定小于零,所以r H ∆必须小于100 J -;13．在等温、等压下,电池以可逆方式对外作电功时的热效应Q R 等于 A R r Q H =∆ B R pE Q zFT T ∂⎛⎫= ⎪∂⎝⎭ C R pE Q zEF T ∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭ D R Q nEF = 答：B;因为R r Q T S =∆,r pE S zF T ∂⎛⎫∆=⎪∂⎝⎭所以只有B 是正确的;平时必须熟练记住电化学与热力学的各种联系公式,才能用电动势测定方法计算热力学函数的变化值;。
电化学基础教程(第二版)
电化学基础教程（第二版）版权页•内容提要•前言•第一版前言•第1章绪论•1.1 电化学简介•1.2 电化学的历史•1.3 电化学研究领域的发展•1.4 本书结构与学习方法•复习题•第2章导体和电化学体系•2.1 电学基础知识•2.2 两类导体的导电机理•2.3 电化学体系•2.4 法拉第定律•2.5 实际电化学装置的设计•复习题•第3章液态电解质与固态电解质•3.1 电解质溶液与离子水化•3.2 电解质溶液的活度•3.3 电解质溶液的电迁移•3.4 电解质溶液的扩散•3.5 电解质溶液的离子氛理论•3.6 无机固体电解质•3.7 聚合物电解质•3.8 熔盐电解质•复习题•第4章电化学热力学•4.1 相间电势与可逆电池•4.2 电极电势•4.3 液体接界电势•4.4 离子选择性电极•复习题•第5章双电层•5.1 双电层简介•5.2 双电层结构的研究方法•5.3 双电层结构模型的发展•5.4 有机活性物质在电极表面的吸附•复习题•第6章电化学动力学概论•6.1 电极的极化•6.2 不可逆电化学装置•6.3 电极过程与电极反应•6.4 电极过程的速率控制步骤•复习题•第7章电化学极化•7.1 电化学动力学理论基础•7.2 电极动力学的Butler-Volmer模型•7.3 单电子反应的电化学极化•7.4 多电子反应的电极动力学•7.5 电极反应机理的研究•7.6 分散层对电极反应速率的影响——ψ1效应•7.7 平衡电势与稳定电势•复习题•第8章浓度极化•8.1 液相传质•8.2 扩散与扩散层•8.3 稳态扩散传质规律•8.4 可逆电极反应的稳态浓度极化•8.5 电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律•8.6 流体动力学方法简介•8.7 电迁移对扩散层中液相传质的影响•8.8 表面转化步骤对电极过程的影响•复习题•第9章基本暂态测量方法与极谱法•9.1 电势阶跃法•9.2 电流阶跃法•9.3 循环伏安法•9.4 电化学阻抗谱•9.5 滴汞电极与极谱法•复习题•第10章实际电极过程•10.1 电催化概述•10.2 氢电极过程•10.3 氧电极过程•10.4 金属阴极过程•10.5 金属阳极过程•复习题•附录标准电极电势表（298.15K，101.325kPa）•习题答案•参考文献•符号表。
电化学保护相关介绍资料
磁性氧化铁 土中
铅银合金 海水
镀铂钛
海水、淡水
镀铂钛
土中
—
9
—
2~9
0.1 2.4~4
0.5 0.3~1
0.1 0.05~0.2
0.1 0.16
0.025 0.04
4.0 约 0.1
0.1 约 0.1
0.3~3 0.03
10 0.000006
4 0.000006
日本学术振兴会«金属防蚀技术便览»
说明 废钢（地下管道） 加工困难、脆 脆 强度低
第8章 电化学保护
8.1 电化学保护概述 电化学保护是指通过改变金属的电位，使
其极化到金属电位-pH图的免蚀区或钝化区， 从而降低金属腐蚀速度的一种方法。
历史： 1824年英国在军舰中用铸铁保护铜层。 1928年美国长距离管道外加电流保护。 1958年加拿大化工行业中应用。
8.2 阴极保护
8.2.1 阴极保护原理 金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，
三类牺牲阳极的电化学性能 (环境：海水)
阳极 材料
开路电位 (v,scE)
工作电位 (v,scE)
实际发生电 量(A.h/kg)
电流效 率(%)
溶解性能
Zn-Al-Cd
-1.05~-1.09 -1.00~-1.05 780
95
腐蚀产物容易脱落
表面溶解均匀
Al-Zn-In
-1.18~-1.10 -1.02~-1.05 2400
8.3 阳极保护
8.3.1 原理 对具有活态—钝态转变而不能自钝化
的腐蚀体系，通过阳极极化电流，使金 属的电位正移到稳定钝化区内，金属的 腐蚀速度就会大大降低，这种防护方法 称为阳极保护。
阳极工艺流程
阳极工艺流程
《阳极工艺流程》
阳极工艺是一种用于金属表面处理的工艺流程，它利用阳极电解原理对金属进行表面氧化处理，以增强金属的耐腐蚀性和提高表面硬度。
这种工艺流程在航空航天、汽车制造、建筑材料和电子产品等领域都有着广泛的应用。
阳极工艺流程通常包括以下几个步骤：
1. 表面准备：在进行阳极处理之前，需要对金属表面进行清洗和去除油污、锈斑等准备工作。
这个步骤非常重要，因为只有保证表面干净平整，才能确保阳极处理的效果。
2. 阳极电解：准备好的金属制品被浸泡在阳极电解槽中，与电解质结合形成阳极。
然后通过对阳极施加电流，使阳极和金属制品之间发生氧化反应，从而形成氧化层。
3. 氧化处理：在阳极电解后，金属表面会形成一层致密、硬度较高的氧化层，这一层氧化层除了可以提高材料的耐腐蚀性外，还可以增强材料的表面硬度。
4. 清洗和封闭：经过氧化处理后，金属制品需要进行清洗，将残留的电解质和其他杂质洗净。
然后再进行封闭处理，以保护表面氧化层不受外界环境的影响。
通过以上几个步骤，金属制品就完成了阳极工艺流程，最终得
到了表面经过氧化处理的产品。
这种处理后的金属制品具有较高的耐腐蚀性和表面硬度，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
铁镀铜的阴阳极反应
电镀是一种将金属沉积到导电物体表面的方法，以形成一层金属膜。
在这个过程中，被电镀的物体（即阴极）上会沉积金属，而电镀锅中的金属（即阳极）则会逐渐溶解。
铁镀铜时，铁作为阴极，铜作为阳极。
铁镀铜的阴阳极反应如下：
阳极（铜）：
Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e-
这里的铜原子（Cu(s)）从固体状态失去两个电子变成Cu2+离子（aq），进入溶液中。
阴极（铁）：
Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)
在阴极，溶液中的Cu2+离子获得两个电子，还原成铜原子，并沉积在阴极的表面上。
铁镀铜的过程就是铜原子从阳极溶解进入溶液，然后在阴极处还原并沉积的过程。
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吸附理论 金属钝化是由于表面生成氧或含氧粒子 的吸附层，改变了金属/溶液界面的结构， 使阳极反应的活化能显著提高。即由于这 些粒子的吸附，使金属表面的反应能力降 低了，因而发生了钝化。
实验依据
根据电量测量的结果 ,在金属表面上远远没有 形成一个氧的单原子层时，就已经引起了明显 的钝化作用。 一些金属（如Cr，Ni，Fe及其合金）上发生超 钝化现象。 在吸附理论中，到底哪一种含氧粒子的吸附引 起了金属的钝化，以及含氧粒子吸附层改变金 属表面反应能力的具体机理，至今仍不清楚。
大多数金属阳极在活化溶解时的交换电流密度 是比较大的，所以阳极极化一般不大。 电极电位的变化对阳极反应速度的加速作用比 阴极过程要显著,故阳极极化度一般要比阴极极 化度要小。 阳极过程也可能是分若干个单电子步骤进行的， 并以失去“最后一个电子”的步骤 [M(n-1)+→Mn++e]速度最慢
金属的钝化
实验依据
采用适当的溶剂（例如I2+10％KI），还可以 单独溶去基体金属铁而分离钝化膜，以便进一 步测定其厚度及组成，利用Auger电子能谱和 电子衍射法则可以直接分析钝化膜的组成。 大多数钝化膜系由金属氧化物组成，除了氧化 物外，铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐及难溶的硫酸 盐和氯化物等都可以在一定条件下组成钝化膜。
在一定的条件下，金属阳极会失去电 化学活性，阳极溶解速度变得非常小。 我们将这一现象称为金属的钝化，此时 的金属阳极即处于钝化状态。
金属钝化的途径
化学钝化或自钝化:没有外加极化时,由于 介质中存在氧化剂(去极化剂),氧化剂的 还原引起金属钝化 阳极钝化:借助于外电源进行阳极极化
具有活化-钝化转变行为的金属的典型阳极极化 曲线
第三节 影响金属阳极过程的主要因素
金属本性的影响
最容易钝化的金属有铬、钼、铝、镍、钛等。
溶液组成的影响 络合剂、活化剂、氧化剂、有机表面活 性物质、溶液pH值的影响 阳极电流密度的影响
第四节 钝态金属的活化
消除或减弱钝化因素 采取活化措施
实验依据
将钝化了的金属表面用很小的阴极电流进行活 化。并根据阴极电量计算电极表面上的固态反 应物的数量及平均覆盖厚度。 在某些钝化了的金属表面上，还可以直接观察 到成相膜的存在，并可以测定其厚度及组成。 偏光方法证明在钝化了的金属表面上存在大量 小晶体 利用椭圆偏光法在许多钝化了的金属电极上测 量了钝化膜的厚度
表8.1 某些金属的交换电流密度范围 (金属离子浓度为1mol/dm3) 低过电位金属 j=10-10-3A/cm2 中过电位金属 j=10-3-10-6A/cm2 高过电位金属 j=10-8-10-15A/cm2
Pb Sn Hg Cd Ag
Cu Zn Bi Sb
Fe Co Ni 过渡族金属贵金 属
与钝化有关的概念
钝态 passive state,passivity 钝化 passivation 钝化膜 passive film 初始钝化电位,致钝电位 primary passive potential 过钝化电位 transpassive potential
第二节 金属的钝化
第十章 金属的阳极过程
本章重点
金属阳极过程的特点 金属钝化的原因 影响金属阳极过程的主要因素 钝态金属的活化
第一节 金属阳极过程的特点
金属作为反应物发生氧化反应的电极过 程 “正常的”的阳极溶解过程，在这一阶 段中直接生成溶液中的金属离子：通常 服从电化学极化规律。 阳极反应中生成不溶性的反应产物并常 出现与此有关的钝化现象：失去电化学 活性,阳极溶解速 度非常小。
成相膜理论 当金属阳极溶解时,可以在金属表面生 成一层致密的、覆盖得很好的固体产物 薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层， 把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极 过程的进行，导致金属溶解速度大大降 低，使金属进入钝态。
成相膜理论
在电极表面上生成固态反应物膜的前提是在电 极反应中能生成固态反应产物 生成固相反应产物也并不构成出现钝态的充分 条件，即并非任何固态产物都能导致钝态的出 现 只有那些直接在金属表面上生成的、致密的金 属氧化合物（或其他盐）层才有可能导致出现 钝态
表8.2 某些金属电极的传递系数
α(或αn) 电极体系 Ag/Ag+ Tl(Hg)/Tl+ Hg/Hg+ Cu/Cu2+ Cd/Cd2+ Cd(Hg)/Cd2+ Zn/Zn2+ Zn(Hg)/Zn2+ ln(Hg)/ln2+ Bi(Hg)/Bi2+ 0.5 0.4 0.6 0.49 0.9 0.4-0.6 0.47 0.52 0.9 1.18 0.5 0.6 1.4 1.47 1.1 1.4-1.6 1.47 1.40 2.2 1.76 β(或βn)