电化学基础与金属腐蚀

1.化学反应与氧化还原反应
no transfer electron(中和、沉淀) 化学反应
transfer electron(氧化还原)
一般氧化还原反应 电化学氧化还原
2.氧化还原反应 伴随有电荷转移的化学反应。
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1)氧化作用与还原作用
oxidation：物质失去电子的作用。 reduction：物质获得电子的作用。
redox reaction：Zn+Cu2+ = Zn2++Cu
Zn: 失去电子，被氧化，是还原剂。 Cu2+: 获得电子，被还原，是氧化剂。
Zn的e 转移到Cu2+，还原剂Zn 被氧化成Zn2+，氧化 剂Cu2+被还原成Cu。(有电子得失的氧化还原反应)。
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redox reaction：H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g)
根据热力学第一定律：如果在能量转变过程中， 化学能全部转变为电功而无其它能量损失，则在恒温 定压条件下，摩尔吉布斯函数变ΔrGm等于原电池可能 做的最大电功。
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ΔrGm= wmax= w’ ΔrGm= -zFE
w’ = Q·E = -zFE ΔrGmθ= -zFEθ
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{c(G)/cθ}g·{c(D)/cθ}d
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5.电化学
Electrochemistry is the branch of chemistry that deals with the interconversion of electric energy and chemical energy.
电化学是研究电子导电相与离子导电相之间的界 面上所发生的界面效应的科学。是一门交叉学科，它 与能源、环境、生命和材料学科密切相关。
ΔrGm
=
ΔrGmθ
+
RTln
————————— {c(A)/cθ}a·{c(B)/cθ}b
E
=
Eθ
-
——RzFTln
{c(G)/cθ}g·{c(D)/cθ}d ————————— {c(A)/cθ}a·{c(B)/cθ}b
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②电池反应Kθ与Eθ 关系
ΔrGmθ = - RTlnKθ
ΔrGmθ = -zFEθ
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1.原电池
6.2 原电池和电极电势
反应：Zn(s)+Cu2+(aq)(1M) = Zn2+(aq)(1M) +Cu(s) ΔrGmθ(298.15K) = -212.55kJ·mol-1，反应能自发进行。
Zn
Cu2+→ Cu Zn → Zn2+
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e
A
e
Salt Bridge
第二类导体(离子导体)：如电解质溶液、熔融电 解质等。正、负离子作反向移动而导电；导电过程中 发生化学反应; 温度升高，电阻下降；导电总量分别 由正、负离子分担。
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阴极(cathode)：发生还原作用的电极。原电池中， 阴极－正极；电解池中，阴极－负极。
阳极(anode)：发生氧化作用的电极。原电池中， 阳极－负极；电解池中，阳极－正极。
负极上还原剂Zn 的氧化反应：Zn(s) = Zn2+(aq) + 2e 正极上氧化剂Cu2+的还原反应：Cu2+(aq) + 2e = Cu(s)
任意一部分的反应称为原电池的半反应
原电池半反应通式：O + ze = R
电偶对：O/R(Cu2+/Cu、Zn2+/Zn)。
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3)原电池的热力学 ①电池反应的ΔrGm与电动势E的关系 电池反应：aA(aq) + bB(aq)＝gG(aq) + dD(aq)
正极：电势高的电极。电流从正极流向负极。原电
池中，正极－阴极；电解池中，正极－阳极。
负极：电势低的电极。电子从负极流向正极。Байду номын сангаас电
池中，负极－阳极；电解池中，负极－阴极。
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氧化数(oxidation number)：某元素所带形式电荷数。 化合价(valence)：某元素原子成键数目。C 在CH4、 CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4中的氧化数分别为- 4、-2、0、 +2、+4，而化合价都为4。
c.电化学氧化还原反应的特点 ①氧化过程(失去电子) M → Mn+ + ne ②还原过程(得到电子) O + ne → [O·ne] ③电子转移(从还原剂→电子导体→氧化剂)
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4.一些基本概念
第一类导体(电子导体)：如金属、石墨等。自由 电子作定向移动而导电；导电过程中导体本身不发生 变化；温度升高，电阻也升高；导电总量全部由电子 承担。
lnKθ
=
zFEθ ———
RT
lgKθ
=T===29=8.=15=K=
zEθ ————
0.05917
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2.电极与电极电势 1)电极与电极反应 同一元素的氧化态和还原态可构成一个电偶对
H2：失去电子，被氧化，是还原剂。 Cl2：得到电子，被还原，是氧化剂。 (共用电子对偏移的氧化还原反应)。
2)氧化还原平衡 满足一般化学反应的平衡与移动规律。
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3.电化学氧化还原反应 a. 一般氧化还原反应
A+ B
AB
AB
b. 电化学氧化还原反应
A+ B
A
B
AB
电子导体 e
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ClZn →Zn2+ Anode
K+ Cu2+→ Cu
Cathode
oxidation：Zn - 2e = Zn2+ reduction：Cu2++ 2e = Cu
Zn(s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(s)
原电池：将氧化还原反应中的化学能直接转变为电能的装置。
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第六章 电化学基础与金属腐蚀
目的要求
1.了解电极电势的概念和能斯特方程；
2.应用电极电势数据判断氧化剂和还原剂相对强弱；
3.应用电极电势判断氧化还原反应进行的方向；
4.了解ΔrGm与原电池电动势的关系； 5.了解电池、电解等在工程实际中的应用；
6.了解金属腐蚀及其防护原理。
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6.1 氧化还原反应与氧化还原平衡
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1)原电池表示
负极 两相界面 盐桥 两相界面 正极
(-) Zn | Zn2+ (c1) || Cu2+(c2) | Cu (+)
原电池反应：Zn(s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(s) 原电池反应的通式：O1 + R2 = O2 + R1
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2)原电池的半反应