电化学与金属腐蚀优秀课件

氧化还原电极
Ag|AgCl(s)|Cl-
(Pt)Hg|Hg2Cl2(s )|Cl-
H+,H2O|Sb2O3(s )|Sb
Fe2+,Fe3+|Pt Pt|Sn2+,Sn4+
AgCl(s) +e→Ag(s)+Cl-
Hg2Cl2(s)+2e→2Hg(l)+2C l-
Sb2O3(s)+6H++6e→2Sb+ 3H2O(l)
要利用氧化还原构成原电池使化学能转化为电能， 必须满足以下三个条件：
（1）必须是一个可以自发进行的氧化还原反应； （2）氧化还原反应要分别在两个电极上自发进行 ； （3）组装成的内、外电路要构成通路。
反应 Zn (s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) +Cu(s)
rHm(298K) = – 218.7 kJmol– 1
电化学与金属腐蚀
内容提要
本章在介绍原电池的组成、电极反应以 及电极电势的基本概念的基础上，着重讨 论浓度对电极电势的影响以及电极电势的 应用，并介绍电解产物的判断以及电解的 应用，电化学腐蚀及其防护的原理。
学习要求
1. 了解电极电势的概念以及产生的原因，能正确 书写电极反应、电池反应以及原电池的符号。
第五章 电化学与金属腐蚀
5.1 原电池及其电动势 5.2 电极电势及其应用 5.3 电解 5.4 金属腐蚀及其防止 5.5 化学电源
5.1 原电池及其电动势
5.1.1 原电池 5.1.2 电动势与吉布斯函数变
5.1.1 原电池
1. 原电池的组成
借助于氧化(oxidation)还原(reduction)反应把化 学能直接转变成电能的装置称为原电池。
原电池符号的表示方法
原电池可用符号（原电池符号）表示： (–) Zn | Zn2+(1mol·dm–3) || Cu2+(1mol·dm–3) | Cu(+) “|”表示相界面 ， “||”表示盐桥 注意：氧化反应（负极）写在左边，
还原反应（正极）写在右边。 导电材料写在两边。 *盐桥(salt bridge)的作用是保持溶液电中性。
2. 能利用能斯特方程式进行有关计算。
3. 能应用电极电势分析氧化还原反应中的一些问 题。
4. 了解电解基本原理，能正确判断电解产物。
5. 了解电解在工程实际中的某些应用以及金属腐 蚀及防护原理 。
非氧化还原反应：反应中，没有
化 电子的转移，因而元素的化合价
学 反
也不发生变化 。
应 氧化还原反应：反应中，有电子
金属腐蚀造成的损失是巨大的。据国外报道，每年全世界 因金属腐蚀而损失的金属高达一亿吨，所造成经济损失约占 国民生产总值的2～4%，（2008年我国GDP为300670亿 元，6000～12000亿元）显然，没有一个生产部门不存在 金属腐蚀及其防护问题。因此，了解腐蚀发生的原因，寻找 防止腐蚀的有效方法是国民经济中重要问题之一，因为它已 不是单纯的技术问题，而是关系到保护资源、节约能源、节 省材料、保护环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术 等一系列重大的社会和经济问题。因此，掌握氧化还原反应 的基本规律，对于我们适应新技术的发展的需要无疑是很重 要的。
例如： 反应Sn2+ + 2Fe3+ ⇌ Sn4+ + 2Fe2+ 构成原电池其符号 。
原电池其符号是 ：
(－)Pt∣Sn2+，Sn4+‖Fe2+，Fe3+︱Pt(＋)
一个原电池由两个半电池组成，上述 原电池由锌半电池和铜半电池组成。 半电池又称为电极，即锌电极和铜电极。
半电池包括两类物质： 一类是氧化态物质(氧化值高)， 一类是还原态物质(氧化值低)。
的转移，因而有些元素的化合价
发生了改变 。
电化学是研究由化学反应产生电能和
由电能产生化学能的相互转变的一门学 科，而这些转变也是通过氧化还原反应 实现的。
氧化还原反应是自然界中一类十分普遍的反应 。
宜于人类发展方面：燃料的燃烧、金属的冶炼，新 材料的制备、电子计算机中大规模集成电路的制造、 人造卫星中高能化学电源的制造及使用，机械制造 工业中精密仪器的电铸造和电解加工等 。 产生的不利的方面：金属的腐蚀 ，包括金属构件在 大气中的生锈，船壳在海水中的腐蚀，铸铁管道在 土壤中的腐蚀，化工器械的腐蚀，内燃发动机活门 的烧损，金属热处理工艺过程中生成氧化皮，铝制 品在潮湿空气中使用后表面产生的白色粉末等等。
表 电极类型
电极类型
电极示例
电极反应示例
第 金属—金属 Zn|Zn2+
一 离子电极 Cu|CFra Baidu bibliotek2+
类
电 极
气体—离子 电极
Cl-|Cl2,Pt Pt,O2|OH-
Zn2++2e→Zn Cu2++2e→Cu Cl2+2e→2ClO2+2H2O+4e→4OH-
第 金属难溶盐
二
电极
类
电 金属难溶氧 极 化物电极
氧化态物质和相应的还原态物质可组成电对。 表示为：氧化态/还原态 ，它可以用来表示所构成 的电极。
例如: Zn2+ / Zn ； Cu2+/ Cu
除金属与其离子可组成电对外，同一种元素 不同氧化值的离子、非金属单质与其相应的离子 以及金属与其难溶盐都可构成电对。
应注意：电极并非指一般的电子导体，它既 是电子储存器，又是电化学发生地。而且电 化学中的电极，总是与电解质溶液联系在一 起的，电极的特性也与所进行的化学反应分 不开的，因此，电极是指电子导体与电解质 溶液组成的整体系统。电极按物质组成的不 同，一般有以下四种：
Fe3++e→Fe2+
Sn4++2e→Sn2+
注意
在表中所示的气体—离子电极和氧化还 原电极，常用惰性导电材料，如铂或石墨 作为电极导体，它们仅起吸附气体或转递 电子的作用，不参与电极反应，常称其为
惰性电极。其余类型的电极，一般则参
与反应的金属本身作导体。
【例5.1】试写出有下列氧化还原反应构成 的原电池的电池符号、电极反应、电对及 电极。
2. 电极、电池反应和电池符号
原电池由两各半电池组成。 组成电池的金属的导体叫做电极 。 电子流出一极叫负极，电子流入一极叫正极
负极反应（电极反应）： Zn = Zn2+ + 2e- （氧化反应）
正极反应（电极反应）： Cu2+ + 2e- = Cu （还原反应）
电池反应：Zn (s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) +Cu(s) 根据外电路电子流动方向，由负极流向正极