电化学和金属腐蚀.ppt

金属与周围介质发生电化学作用而引起的金属腐蚀。 例如,钢铁在潮湿的环境中生锈,发生的就是电化学腐蚀： 较小的金属易失电子，被氧化而腐蚀，是腐蚀电池的阳极（也称负极）。电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀的速率一般也快得多。 2 电化学腐蚀 1) 析氢腐蚀 在酸性较强的条件下钢铁发生析氢腐蚀,电极反应为: 阳极:Fe－2e-=Fe2+ 阴极:2H++2e-=H2↑ 在弱酸性或中性条件下钢铁发生吸氧腐蚀,电极反应为： 阳极:Fe-2e-=Fe2+ 阴极:2H2O+O2+4e-=4OH－ 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。 2）吸氧腐蚀 3）差异充气腐蚀 光滑金属片也会因电解质溶液中溶解O2量不同而引起电化学腐蚀。 腐蚀液{NaCl+K3[Fe(CN)6]+酚酞} 滴在光滑 铁片，中央变蓝。 ?小，[O2]小，作为阳极 Fe - 2e-=Fe2+, 遇 [Fe(CN)6]3-变蓝 边缘变红，因 [O2]大， ?大，作为阴极 2H2O+O2+4e-=4OH－ *4.6.2 腐蚀电池的非平衡电势和腐蚀速率(转75) 腐蚀速率一般以每单位表面积、在单位时间内金属的失重表示。测量腐蚀速率最直接的方法是经典的失重法。 影响金属腐蚀速率的因素较多，包括金属的活泼性、金属在特定介质中的电极电势和环境的酸度、湿度及污染物等。 在讨论腐蚀电池时，要注意腐蚀电池的电极电势与前面所介绍的平衡电势是不相同的。 在腐蚀电池中，金属通常不是在含有该金属离子的溶液中。 电极电势的建立并不表示电极反应已达到平衡状态，因而称为非平衡电势。 非平衡电势最后能达到一个恒定的数值，称为稳定电势。稳定电势与溶液的成分、浓度、温度、搅拌情况以及金属表面状态有关，且不服从能斯特方程式。 当有可觉察量的电流通过电极时，将发生电极的极化，极化作用使腐蚀电池阴极(正极)的电极电势代数值变得更小，阳极(负极)的电极电势代数值变得更大。 在接通电路后，腐蚀电池的电动势比未接通电路前减小，这就使腐蚀电池的电流减小，因而降低了金属的腐蚀速率。如果没有极化作用，金属腐蚀速率将会大几十倍甚至几百倍。所以极化作用是减缓金属腐蚀的一个重要因素。 4.6.3 金属腐蚀的防止 1.改变金属的内部结构：例：把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。 2. 保护层法：例：在金属表面涂漆、电镀或用化学方法形成致密而耐腐蚀的氧化膜等。如白口铁(镀锌铁)、马口铁(镀锡铁)。 3.缓蚀剂法:在腐蚀介质中，加入少量能减小腐蚀速率的物质以防止腐蚀的方法。 (1)无机缓蚀剂：在中性或碱性介质中主要采用无机缓蚀剂，如铬酸盐、重铬酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐等。主要是在金属的表面形成氧化膜或沉淀物。 (2)有机缓蚀剂：在酸性介质中，一般是含有N、S、O的有机化合物。常用的缓蚀剂有乌洛托品、若丁等。 4 阴极保护法 将被保护的金属作为腐蚀电池或电解池的阴极而不受腐蚀 。它一般分为牺牲阳极保护法和外加电流法 。 (1)、牺牲阳极保护法 用较活泼的金属或其三元合金如(Zn、Al)连接在被保护的金属上，被保护的金属作为腐蚀电池阴极而达到不遭腐蚀的目的。 (2)、外加电流法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个电极。被保护金属作为电解池阴极，在直流电的作用下阴极受到保护。 利用电解装置,只要外加电压足够强,就可使被保护的金属不被腐蚀。此法可用于防止土壤、海水和河水中金属设备的腐蚀。 (2.11b) ΔrGm= -nFE 和 ΔrGm = -nFE 本章小结 电极电势 电极与电解质溶液接触时产生的电势称为电极电势。标准电极电势是以标准氢电极的电极电势为0时的相对值。 原电池的电动势与电池反应的摩尔吉布斯函数变 ΔrGm= – nFE 及ΔrGm? = –nFE? ??????? 式中F称为法拉第常数，其值为96485C·mol-1。 原电池 氧化还原反应方程式的配平。 自发进行的氧化还原反应可以组成原电池，并将化学能转变为电能。负极上还原剂失电子进行氧化反应，正极上氧化剂得电子进行还原反应。半反应式中氧化态和相应的还原态物质组成电极，又称为氧化还原电对，如Cu2+/Cu。原电池可用图式表示，例如(-) Zn | Zn2+ Fe2+，Fe3+ | Pt (+)。 本章小结（续） 氧化剂和还原剂相对强弱的比较 电极电势代数值越小，则该电对中的还原态物质是越强的还原剂；电极电势代数值越大，则该电对中的氧化态物质是越强的氧化剂。 浓度的影响和电动势的能斯特方程式 对于电池反应aA(aq) + bB(aq) = gG(aq) +