金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化[精选].ppt

§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 §10.5 化学电源 锂离子电池的工作原理 电池在充电时，锂离子从正极中脱出，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；电池放电时，锂离子由负极中脱出，通过电解质和隔膜，重新嵌入到正极中。在充放电过程中，锂离子在正负极之间嵌入脱出反复运动，实现化学能和电能的相互转化。电池体系中锂永远以离子的形态出现，不会以金属的形态出现，所以这种电池叫做锂离子电池。 充电时： 正极：锂离子脱出反应式为 Li Co O2→xLi++Li1-x Co O2+xe- 负极：采用碳电极，从理论上讲，每6个碳原子可吸藏一个锂离子，锂离子嵌入反应式为 xe-+xLi++nC→LixCn 本章作业 查阅化学电源相关的书籍和近些年的文献资料，归纳总结后，写一篇与化学电源研究进展有关的论文。 标题：《×××研究进展》（备选×××：锂离子电池；氢氧燃料电池；甲醇燃料电池；超级电容器；有机染料敏化太阳能电池） 内容涵盖：工作原理；有何优缺点；研究进展 格式：A4纸打印或稿纸手写均可，不少于1500字。 第十二周的周五提交（11月23日） * 金属腐蚀分两类： （1）化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，称为化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。 （2）电化学腐蚀 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等，因形成微电池，金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。 将含有杂质的粗锌放入稀硫酸中，腐蚀速度比纯锌快 既有化学腐蚀,又有电化学腐蚀 杂质 金属的电化学腐蚀 铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的 和海边空气中的NaCl溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池 铜作阴极，铁作阳极 所以铁很快腐蚀形成铁锈。 电化学腐蚀示意图 铁在酸性介质中只能氧化成二价铁： 二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成 沉淀， 又可能部分失水生成 所以铁锈是一个由 等化合物组成的疏松的混杂物质。 (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 燃料电池 又称为连续电池 以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。 一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质 氢氧燃料电池 H2 ( pH2) | H+ 或 OH- (aq) | O2 ( pO2) 氧电极：O2+4H++4e - →2H2O 氢电极：2H2( pH2) → 4H+ + 4e - 净反应：2H2( pH2) + O2 = 2H2O 在pH 1—14范围内，标准电动势 1.229 V 多孔电极 离子交换膜 氢氧燃料电池示意图 燃料电池的优点：