物理化学 第九章.ppt

物理化学电子教案—第九章 9.1 分解电压 9.2 极化作用 9.3 电解时电极上的反应 9.4 金属的电化学腐蚀和防腐 9.5 化学电源 9.6 例题及其解析 9.1 分解电压 一、理论分解电压 二、实际分解电压 三、分解电压的测定 二、实际分解电压 三、分解电压的测定 9.2 极化作用 一、电极的极化 二、极化的类型 三、超电势 四、极化曲线 五、氢超电势 二、极化的类型 三、超电势（overpotential） 四、极化曲线（polarization curve） 五、氢超电势 9.3 电解时电极上的反应 三、电解还原与氧化的应用 9.4 金属的电化学腐蚀和防腐 一、金属的电化学腐蚀 腐蚀时阴极上的反应 二、金属的防腐 9.5 化学电源 Xi ti 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 。显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。 （2）耗氧腐蚀 （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体系中加缓蚀剂，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。 （1）燃料电池 又称为连续电池，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，以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。 化学电源分类 （2）二次电池 又称为蓄电池。这种电池放电后可以充电，使活性物质基本复原，可以重复、多次利用。如常见的铅蓄电池和其它可充电电池等。 （3）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。这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。 一、常用的化学电源 ①锌锰干电池 锌锰干电池是一次电池，通称干电池。 干电池的负极是锌，正极是石墨。石墨周围是MnO2，电解质是NH4Cl、ZnCl2溶液。 电池可用下式表示：Zn｜NH4Cl｜MnO2｜C 负极：Zn + 2NH4Cl ? Zn(NH3)2Cl2 + 2H++ 2e- 正极：2MnO2 + 2H+ + 2e- ? 2MnOOH 电池反应：Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl ? Zn(NH3)2Cl2 + 2MnOOH ②铅蓄电池 PbO2作正极，海绵状Pb作负极，H2SO4作电解液。 电池表示如下：Pb｜H2SO4(ρ＝1.28g?cm-3)｜PbO2 放电时： 负极（氧化）：Pb + H2SO4 ? PbSO4 + 2H+ + 2e- 正极（还原）：PbO2 + H2SO4 + 2H+ + 2e- ? PbSO4 + 2H2O 电池反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 ③银锌电池 银锌电池属于碱性蓄电池。图式为： Zn｜KOH(ωB＝0.40)｜Ag2O｜Ag 负极（氧化）：2Zn + 4OH- ? 2Zn(OH)2 + 4e- 正极（还原）：Ag2O2 + 2H2O + 4e- ? 2Ag + 4OH- 电池反应：2Zn + Ag2O2 + 2H2O 2Ag + 2Zn(OH)2 放电时： ④燃料电池 现以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池的原理。如图12-11，电池可表示为： M｜H2(g)｜KOH｜O2(g)｜M H2 H2 e e + _ O2 多孔炭电极 KOH OH- OH- OH- 图12-11 H2-O2燃料电池示意图 二、化学电源的效率 化学电源将化学能转换为电能的(理想的)最大效率εmax定义为： 式中 -ΔrGm等于电池可作的最大电功，-ΔrHm等于电池反应不在电池中进行时的焓变。 例 题 及 其 解 析 9.1 超电势及电极反应的竞争 12-2-1 在298K、p? 压力时，用Fe(s) 为阴极，C(石墨) 为阳极，电解6.0 mol·kg?1)的NaCl水溶液。若H2(g)