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腐蚀与防护-第三章 电解与极化.ppt

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腐蚀与防护-第三章 电解与极化

电解与极化 与电源负极相连接的电极称为阴极 与电源正极相连接的电极称为阳极 正离子移向阴极, 在阴极上得到电子,发生还原反应; 负离子移向阳极, 在阳极上给出电子,发生氧化反应 在阳极上还要考虑电极参与反应 离子在相应电极上得失电子的过程均称放电 原电池 电解池 三、极化作用 极化的类型 超电势 极化曲线 氢超电势 氢气在几种电极上的超电势 Tafel 公式 四、电解产物的判断 1、 分解电压 2、影响电解产物的因素及规律 a.因素 b.规律 理论分解电压 分解电压的测定 实际分解电压 电流效率 a.影响电解产物的因素 1、标准电极电势值--是决定电解产物的主要因素。 阴极(还原反应): 放电的是?代数值较大的氧化态物质, 阳极(氧化反应): 放电的是?代数值较小的还原态物质(含电极), 2、浓度---溶液中浓度越大的离子越有利于放电 3、放电物质在电极上的极化 例:用铂做电极,电解NaCl的饱和溶液,试指出两电极上的产物。 解 溶液中存在四种离子,即Na+、Cl-、H+和OH-等。通电后, 正离子Na+、H+移向阴极, 它们的标准电极电势分别为: ?Θ(Na+/Na)=-2.71V, ?Θ(H+/H2)=0.0000V 代数值大的氧化剂容易得到电子,故H+离子在阳极放电,生成氢气逸出; 2H++2e-→H2(g) 负离子Cl-、OH-移向阳极,它们的标准电极电势分别为: ?Θ(Cl2/Cl-)=1.35827V, ?Θ(O2/OH-)=0.401V 代数值小的还原剂易失电子,按理应是 OH-离子首先放电,有O2(g)析出; 但由于电解的是NaCl饱和溶液,其中c(Cl-) 远远大于c(OH-)[c(OH-)仅为10-7mol·L-1], 又因电极材料对析出O2的超电势要比析出 Cl2大的多,结果是Cl-离子在阳极放电,生 成氯气逸出: 2Cl—2e-→Cl2(g) 由于H+离子的放电,破坏了水的离解平衡, 在阴极区OH-离子过量而积累起来,从而形成了NaOH。 因此,电解NaCl饱和溶液的总反应为 2NaCl+2H2O═Cl2+H2+2NaOH 即在两极上分别得到氢气和氯气,溶液中产生NaOH(烧碱)。 电化学工业氯碱工业的基本化学原理。 b.一般酸、碱、盐溶液电解产物的规 律大致归纳如下: 阴极产物 ① 电解盐溶液时,如果金属离子对应电对的?Θ值很小(电极电势表中Al以前的金属),则将是H+得电子而析出氢气; 如果金属离子对应电对的?Θ值大于零或稍小于零(电极电势表中Al以后的金属如Zn、Fe、Ni等), 则将是金属离子得电子而析出相应的金属。 ②若电解Na+、Mg2+或Al3+这类离子的熔融盐(或某些 氧化物),由于无H+存在,则是Na+、Mg2+或Al3+放电 ,析出相应的金属Na、Mg或Al。这是制取活泼金属 的通用方法。 阳极产物 阳极材料为一般金属(除Pt、Au等惰性金属和石墨等外),则发生阳极溶解,生成相应的离子。 阳极为惰性电极、溶液中存在着简单离子,则是负离子失去电子,依次析出S、I2、Br2、Cl2; 若溶液中只存在如SO42-这类难被氧化的含氧酸根离子,则是OH-失去电子而析出氧气。 电化学技术 1.电镀 2. 电抛光 3.电解加工 4. 铝阳极氧化 1.电镀 电镀是应用电解的方法将一种金属覆盖到另一种金属表面上的过程。 常用镀锌,合金镀,复合材料镀,电刷镀,化学镀 镀锌 将金属制件(被镀件)作阴极,锌板作为阳极。 为了使镀层结晶细致,厚薄均匀,与基体结合牢固,电镀液通常用配合物碱性锌酸盐镀锌或氰化物镀锌等。 碱性锌酸盐可离解出少量的Zn2+: Na2[Zn(OH)4] —— 2Na++[Zn(OH)4]2- [Zn(OH)4]2-—— Zn2++4OH- 由于Zn2+的浓度比较低,故使金属晶体在镀 件上析出时晶核生长速率小,有利于新晶核 的生长,从而得到致密、均匀的光滑镀层。 合金镀 通过加入配合剂以生成不同的配合物的方法,控制溶液中不同金属离子的浓度,使它们具有相等或相近的电势,这样两种或三种金属离子,可按设计者的要求,同时沉积在作为阴极的工件表面上,形成合金镀层。 条件:形成合金镀层的各金属离子间电极电 势 数值相差不要太大。 复合材料镀 将两种以上直径小于1?m的微粒(如氧化 物、碳化物、氮化物金属或塑料

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