10章电解与极化作用教案分析.ppt

物理化学电子教案—第十章 第十章 电解与极化作用 §10.1 分解电压+§10.2 极化作用 7. 极化曲线（polarization curve） 7.极化曲线（polarization curve） 7. 极化曲线（polarization curve） 7. 极化曲线（polarization curve） 7. 极化曲线（polarization curve） Tafel 公式（Tafel’s equation） §10.3 电解时电极上的竞争反应 §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 §10.5 化学电源 Thank you! 例：电解制备金属Zn 阴极： Zn2＋|Zn 和 H＋|H2　 当 j 1000 A cm-2 时，η(H2/Zn) = 1.06 V 设Zn2＋和H＋活度均为1，有 ? ir （H+|H2）= ? r -η= - 1.06V ?(Zn2+|Zn) ∴ Zn先析出 Zn2+ + 2e- → Zn ? = - 0 .8V 2H+ + 2e- → H2 ? = 0V 氢在几种电极上的超电势 早在1905年，Tafel 发现，对于一些常见的电极反应，超电势与电流密度之间在一定范围内存在如下的定量关系： 式中 j 是电流密度， 是单位电流密度时的超电势值，与电极材料、表面状态、溶液组成和温度等因素有关， 是超电势值的决定因素。 在常温下一般等于 阴极上的反应 判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势计算出来，同时考虑它的超电势。电极电势最大的首先在阴极析出。 电解时阴极上发生还原反应。 发生还原的物质通常有(1)金属离子，(2)氢离子（中性水溶液中 ）。 §10.3 电解时电极上的竞争反应 阳极上的反应 判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化。 电解时阳极上发生氧化反应。 发生氧化的物质有： （2）阳极本身发生氧化 （1）阴离子，如 等 为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一种离子的活度应减少到 以下，这样要求两种离子的析出电势相差一定的数值。 金属离子的分离 如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的。 阴极产品：电镀、金属提纯、保护、产品的美化（包括金属、塑料）和制备 及有机物的还原产物等 阳极产品：铝合金的氧化和着色、制备氧气、双 氧水、氯气以及有机物的氧化产物等。 常见的电解制备有氯碱工业、由丙烯腈制乙二腈、用硝基苯制苯胺等。 电解的应用 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 电化学腐蚀示意图 金属的电化学腐蚀 铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 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。 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