氧化还原反应与电化学

去毛刺等加工。
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(4) 阳极氧化
铅板作阴极，金属为阳极，形成一层氧化膜。 应用最广的是铝和铝合金的阳极氧化
阳极反应：
2Al + 6OH– = Al 2O3 + 6e– + 3H2O (主)
4OH– = 2H2O + 4e– + O2
(次)
阴极反应： 2H+ + 2e– = H2
应用：建筑材料，太阳能集热装置，仪表外壳，装饰
電解拋光機制示意圖
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金属制品为阳极，金属钝化与金属溶解交替进行 金属表面上凸起部分钝化的稳定性低于凹陷部分，溶 解速率较高，对金属制品表面起整平与出光的作用 不同金属电抛光需要特定成分的电解液中和工艺条件 电抛光理论仍然是不够成熟的。
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(3) 电解加工
基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和 尺寸加工成型的一种工艺方法，称为电解加工。
用金属镍做电极电解NiSO4溶液
阳极反应: Ni = Ni2+ + 2e– 阴极反应: Ni2+ + 2e– = Ni
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电镀原理
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5. 电解的应用
(1) 电镀 (2) 电抛光 (3) 电解加工 (4) 阳极氧化
金属做阳极，发生溶解
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(1) 电镀
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(2) 电抛光
电极
阴 极 (还原)
阳 极 (氧化)
反应物质 金属离子或 H+离子
金属或负离子
1. 电极电势大于Al
1. 除Pt、Au外， 金属做阳极时，金属失
电 的金属离子放电，析 电子发生溶解
出相应金属;
解
2. 惰性电极简单负离
产
2. 电极电势小于等 于Al的金属离子不
子如S2- 、 I- 、Br-、 Cl等放电得到相应单质
品及工艺品等。
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三、金属腐蚀与防护
金属的腐蚀：在使用过程中，由于受周围环境的影响， 发生化学或电化学作用，而引起金属材料损坏的现象
发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总 值3.5％～4.2％，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等） 损失的总和。
在中国,由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以 上,占国民生产总值的4%。
Pt(+)
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O2/OH- = 0.401 + (0.059/4)lg[1/(0.1)4] = 0.46 V H+/H2 = 0 + (0.059/2)lg[(10-13)2/1] = - 0.77 V E反 = 正 - 负 = 0.46 – (-0.77) = 1.23 V
电解水时电解电流 随外加电压的变化
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阴极
阴极
阳极
阳极
加工前
加工后
➢随着工具相对工件不断跟进，工件金属不断被电解，电解产物不
断被电解液冲走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件表面形
成与工具工作面基本相似的形状。
➢对于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。
➢炮管膛线，叶片，整体叶轮，模具，异型孔及异型零件，倒角和
金属析出的超电势较小，气体较大。
电解池：极化使 E反↑ 原电池：极化使 E↓
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4. 电解产物的判断规律
(1) 原则： 阴极— 还原反应 — 析出电势较高的氧化态物质 阳极— 氧化反应 — 析出电势较低的还原态物质
阳 小 还 同学！
对象：溶质、溶剂、电极等
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(2) 放电一般规律
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1. 金属的化学腐蚀 金属材料与干燥气体或非电解质反应而引起的破坏
(1) 钢铁的高温氧化 (2) 钢的脱碳 (3) 氢脆 (4) 高温硫化 (5) 铸铁的肿胀
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2. 电化学腐蚀
由于电化学作用所引起的腐蚀 (构成腐蚀电池)
(1) 析氢腐蚀 (酸性介质)
阳极 Fe
Fe2+ (aq) + 2 e–
阴极 2 H+ (aq) + 2 e–
H2
(2) 吸氧腐蚀
阳极 Fe
Fe2+ (aq) + 2e–
阴极 O2 + 2H2O (l) + 4e– 4OH–
Fe2+ OH- Fe(OH)2 O2 Fe(OH)3 - H2O Fe2O3
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(3) 差异充气腐蚀 是由于水中不同深度氧的浓度差别造成的 a 氧分压大，为阴极。 b 氧分压小，为阳极。 上段生锈，下段蚀坑。
物 放电,放电的是H+离
3. 复杂负离子时不能
子,得到H2。
放电,是OH-放电,得到O2
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用石墨做电极电解CuCl2溶液
阳极反应:
来自百度文库2Cl- = Cl2 + 2e–
阴极反应:
Cu2++ 2e– = Cu
用石墨做电极电解Na2SO4溶液
阳极反应: 4OH– = 2H2O + O2+ 4e– 阴极反应: 2H+ + 2e– = H2
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(2) 极化产生的原因
① 浓差极化
由于电极表面附近和溶液深处的离子浓度差异引 起的极化 (次要因素)
结果： 阴 ↓, 阳 ↑, 进而 E反↑
② 电化学极化
由于电化学反应阻力引起的极化 (主要因素)
结果： 阴 ↓, 阳 ↑, 进而 E反↑
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以H+放电为例： H+(本体溶液）→ H+（电极表面）
√ H+（电极表面）+e– → H (并吸附在电极表面上） √ H → H2 (吸附在电极上的氢分子）
H2 → H2（g)(形成氢气离开电极表面）
结果： 阴 ↓, 阳 ↑, 进而 E反↑
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(3) 超电势 (ŋ)
阳极超电势 (ŋ阳)
阳(析) = 阳(平) + ŋ阳
阴极超电势 (ŋ阴)
阴(析) = 阴(平) – ŋ阴
第三节 电解与金属腐蚀、防护
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2. 分解电压 (E分)
例：Pt为电极电解 0.1mol·L-1的NaOH溶液 阴极
2H+ (aq) + 2e– = H2 (g)
阳极
4OH–(aq) = O2 (g) + 2H2O (l) + 4e–
内部电池—反电池
(-)Pt, H2 (pӨ)|H+(1×10-13 mol·L-1) ||OH- (0.1 mol·L-1)|O2 (pӨ),
E理 =1.23 V E实 =1.7 V
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1.7 V 3
(1) 理论分解电压(E分(理)) 克服理论反电动势所需电压
(2) 实际分解电压(E分(实)) 使电解反应得以顺利进行所需最低电压
(3) 超电压 (E超) E超 = E分(实) – E分(理)
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3. 极化与超电势
(1) 极化 极化：析出电势偏离平衡电势的现象 超电势 (η)：偏离的部分