物理化学之电解和极化作用.ppt

物理化学电子教案—第十章 第十章 电解与极化作用 §10.1 理论分解电压 极化曲线（polarization curve） 极化曲线（polarization curve） 极化曲线（polarization curve） 极化曲线（polarization curve） Tafel 公式（Tafel’s equation） §10.3 电解时电极上的竞争反应 §10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化 铁锈的组成 腐蚀时阴极上的反应 金属的防腐 金属的防腐 金属的防腐 金属的防腐 §10.5 化学电源 (1)析氢腐蚀 酸性介质中 在阴极上还原成氢气析出。 设 铁阳极氧化，当 时认为已经发生腐蚀， 这时组成原电池的电动势为 ，是自发电池。 如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发生消耗氧的还原反应： 这时与 (-0.617V)阳极组成原电池的电动势为 （2）耗氧腐蚀 显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。 （1）非金属防腐 在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀介质隔开。 （2）金属保护层 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀。 （3）电化学保护 1．保护器保护 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。 2．阴极电保护 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。 3．阳极电保护 用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化。 （4）加缓蚀剂 在可能组成原电池的系统中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低腐蚀速度。 （5）制成耐蚀合金 在炼制金属时加入其它组分，提高耐蚀能力。如在炼钢时加入Mn，Cr等元素制成不锈钢。 活化区 钝化区 过钝化区 金属的钝化 化学电源分类 一次电池 电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之后，就不能再次利用，如干电池、纽扣电池。 这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。 金属封顶盖 封口纸 颈圈纸 金属外壳 绝缘纸筒 电芯纸托 底纸 金属底板（－） 锌筒 电解液 NH4Cl ，水 ZnCl2 ，淀粉 电芯 MnO2 ， C， NH4Cl ，水 (+)碳电极 一次电池结构示意图 * §10.1 分解电压 §10.3 电解时电极上的竞争反应 §10.2 极化作用 §10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化 §10.5 化学电源 *§10.5 电有机合成简介 理论分解电压 使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势 分解电压的测定 使用Pt电极电解HCl，加入中性盐用来导电，实验装置如图所示。 逐渐增加外加电压，由安培计G和伏特计V分别测定线路中的电流强度I 和电压E，画出I-E曲线。 电源 分解电压的测定 阳极 阴极 外加电压很小时，几乎无电流通过，阴、阳极上无H2 (g) 和Cl2(g)放出。 随着E的增大，电极表面产生少量氢气和氯气，但压力低于大气压，无法逸出。 电 流 I 电压E 测定分解电压时的电流-电压曲线 所产生的氢气和氯构成了原电池，外加电压必须克服这反电动势，继续增加电压，I 有少许增加，如图中1-2段 分解电压的测定 当外压增至2-3段，氢气和氯气的压力等于大气压力，呈气泡逸出，反电动势达极大值 Eb,max。 再增加电压，使I 迅速增加。将直线外延至I = 0 处，得E(分解)值，这是使电解池不断工作所必需外加的最小电压，称为分解电压。 电 流 I 电压E 测定分解电压时的电流-电压曲线 分解电压的测定 要使电解池顺利地进行连续反应，除了克服作为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于极化在阴、阳极上产生的超电势 和 ，以及克服电池电阻所产生的电位降 。这三者的加和就称为实际分解电压。 显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加。 实际分解电压 极化（polarization） 当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这时的电极电势分别称为阳极可逆(平衡)电势和阴极可逆(平衡)电势 在有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大，这种对可逆平衡电势的偏离称为电极的极化。 §10.2 极化作用 根据极化产生的不同原因，通常把极化大致分为两类：浓差极化和电化学极化。 （1）浓差极化 在电解过程中，电极附近某离子浓度由于电极反应而发生变化，本体溶液中离子扩散