河南科技学院物理化学课件.pptVIP

*************************************电解电解原理电解是通过外加电场强制进行的非自发氧化还原反应。在电解池中，连接正极的电极为阳极（发生氧化反应），连接负极的电极为阴极（发生还原反应），与原电池相反。电解是电能转化为化学能的过程。法拉第定律法拉第第一定律：电解产生的物质量与通过的电量成正比。法拉第第二定律：通过相同电量产生的不同物质的量与其电化学当量成正比。电解一摩尔物质所需的电量为nF，其中n是转移电子数，F是法拉第常数。电解产物电解产物取决于电极材料、电解质组成和电解条件。水溶液电解时，可能发生水的电解，产生氢气和氧气。当溶液中存在多种可能的电极反应时，实际发生的反应由电极电势和过电势决定，通常电极电势较高的反应优先发生。超电势超电势是实际电解时所需电势与热力学平衡电势的差值，反映了电极反应的动力学障碍。超电势越大，电极反应的速率越慢。超电势受电极材料、电流密度、温度和溶液成分等因素影响，是电化学研究的重要内容。电化学腐蚀与防护电化学腐蚀原理电化学腐蚀是金属在电解质溶液或潮湿环境中发生的氧化过程。腐蚀本质上是一个原电池反应，阳极区发生金属溶解（氧化），阴极区发生还原反应（通常是氧的还原或氢离子的还原）。金属表面的不均匀性、杂质或应力差异可能导致微电池的形成，加速腐蚀过程。阳极保护阳极保护是基于金属钝化现象的防腐技术。通过外加电流使金属保持在钝化区的电位，表面形成致密的氧化膜，阻止进一步腐蚀。阳极保护适用于能够钝化的金属，如不锈钢、钛等，在强酸环境中尤为有效。阳极保护系统包括工作电极、参比电极和恒电位仪等设备。阴极保护阴极保护是使被保护金属成为阴极，抑制金属溶解的防腐技术。方法有两种：牺牲阳极保护（连接更活泼的金属作为阳极）和外加电流保护（使用直流电源提供电子）。阴极保护广泛应用于地下管道、船舶、海上平台等金属设施的防腐。牺牲阳极需要定期更换，外加电流系统需要持续供电。界面化学基础温度(°C)水的表面张力(mN/m)表面张力是液体表面的收缩趋势，源于表面分子所受的不平衡分子间力。表面张力定义为单位长度上的表面收缩力，单位为N/m。表面张力随温度升高而减小，在临界温度时降为零。表面张力的测量方法包括毛细管法、滴重法、杜努伊环法和最大气泡压力法等。表面吉布斯自由能是形成单位面积新表面所需的最小功，等于表面张力。根据热力学第一定律，dGs=γdA+Adγ，其中Gs是总表面自由能，γ是表面张力，A是表面积。表面熵定义为Ss=-(?Gs/?T)A，表示表面分子的无序度。表面张力随温度的变化可通过表面熵表示：dγ/dT=-Ss/A。表面活性剂表面活性剂的分类表面活性剂是能显著降低溶液表面张力的物质，分子具有亲水基和亲油基。根据亲水基的性质，可分为阴离子表面活性剂（如肥皂）、阳离子表面活性剂（如季铵盐）、非离子表面活性剂（如聚氧乙烯醚）和两性表面活性剂（如卵磷脂）。不同类型的表面活性剂适用于不同的应用场景。表面活性剂的性质表面活性剂的基本性质包括降低表面张力、增加润湿性、形成胶束、增溶作用和乳化作用等。这些性质源于表面活性剂分子的两亲性结构。在水溶液中，表面活性剂分子定向排列在表面，亲水基朝向水相，亲油基朝向空气，降低了表面自由能。临界胶束浓度临界胶束浓度（CMC）是表面活性剂开始形成胶束的最低浓度。当浓度低于CMC时，表面活性剂主要以单分子形式存在；当浓度达到CMC时，表面活性剂分子聚集形成胶束，溶液的物理化学性质（如表面张力、电导率、渗透压）发生突变。CMC受表面活性剂结构、温度、添加剂等因素影响。吸附现象物理吸附和化学吸附物理吸附（范德华吸附）是由分子间弱作用力引起的，特点是吸附热低（通常40kJ/mol）、可逆、无选择性，可形成多分子层。化学吸附（化学键吸附）是由化学键力引起的，特点是吸附热高（通常80kJ/mol）、不可逆、有选择性，只形成单分子层。吸附类型的判断通常基于吸附热、活化能和温度依赖性等因素。吸附等温式吸附等温式描述了恒温条件下吸附量与平衡浓度或压力的关系。朗缪尔等温式适用于单分子层吸附：θ=bp/(1+bp)，其中θ是覆盖度，b是吸附平衡常数，p是压力。BET等温式适用于多分子层吸附：V/Vm=[cp/(p0-p)]/[(1+(c-1)p/p0)]，其中V是吸附量，Vm是单分子层吸附量，p0是饱和蒸气压，c是常数。吸附热吸附热是吸附过程中释放的热量，反映了吸附剂与被吸附物之间相互作用的强度。等量吸附热通常随着覆盖度的增加而减小，这是由于表面能量的不均匀性和吸附分子之间的相互作用。吸附热的测定方法包括量热法和从吸附等温线的温度依赖性计算等。