No.3模塊一任務(wù)三腐蝕電池、任務(wù)四電極動力學.ppt

1,知識回顧,1、寫出金屬電化學腐蝕的通式，常見的去極劑有那幾類？ 2、寫出能斯特方程式的表達式？ 3、如何判斷金屬腐蝕的傾向？,2,教學任務(wù),任務(wù)三 腐蝕電池 一、必要條件 二、工作過程及類型 任務(wù)四 金屬電化學腐蝕的電極動力學 一、腐蝕速度與極化作用 二、極化的原因及類型 三、金屬的鈍化,3,【知識目標】 1、掌握構(gòu)成腐蝕電池的必要條件、腐蝕電池的工作過程； 2、掌握金屬全面腐蝕評定方法，掌握電極的極化和去極化概念，掌握金屬鈍化的相關(guān)知識。 【能力目標】 1、能分析腐蝕電池的構(gòu)成、工作過程及形成原因； 2、能通過相關(guān)測量與計算對化工生產(chǎn)實際中的金屬全面腐蝕程度進行評定。 【素質(zhì)目標】 1、培養(yǎng)嚴謹求實、勤奮好學、團結(jié)協(xié)作精神； 2、培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的觀念。,教學目標,4,一、必要條件 1、原電池的構(gòu)成 1）定義：能使氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，稱為原電池。 2）原電池的構(gòu)成：將兩個不同的電極分別用鹽橋和導線連接起來，就可以構(gòu)成原電池。 3）比較熟悉的原電池裝置：丹尼爾電池。 a.構(gòu)成:將鋅和硫酸鋅水溶液、銅與硫酸銅水溶液這兩個電極分別用鹽橋和導線連接起來構(gòu)成的原電池,標態(tài)下。 b.鹽橋：內(nèi)裝有瓊脂與飽和KCl溶液制成的凍膠，其作用在于維持溶液的電中性，確保原電池裝置構(gòu)成通路。,銅鋅原電池裝置示意圖,5,1、原電池的構(gòu)成 c.電子流動方向、電流方向、原電池電動勢 電子：陽極流到陰極 電流：陰極流到陽極 注：陰極為正極，陽極為負極。 E0E0（+） E0（一）即 E0 E0Cu /Cu E0Zn /Zn d.銅鋅原電池的表達形式 負極反應(yīng)（陽極）：Zn2e Zn2 正極反應(yīng)（陰極）：Cu22e Cu 電池離子反應(yīng) ： Cu2 Zn CuZn2 原電池符號可表示為：（ ）ZnZnSO4CuSO4Cu（） “”表示鹽橋，“”表示電極中兩相界面。,6,2、腐蝕電池的構(gòu)成 電極金屬浸入含有該金屬離子的水溶液中； 兩種電極金屬浸入同一種電解質(zhì)溶液中或金屬浸在電解質(zhì)溶液中。 電極反應(yīng)： Zn2e Zn2 （陽極反應(yīng)） 2H 2e H2（陰極反應(yīng)） 總反應(yīng)：Zn2 HZn2H2 表示形式：（陽極）ZnH2SO4Cu（陰極） 注：腐蝕電池中電極不用正、負極表示，而用陰、陽極表示 結(jié)論：腐蝕電池使陽極的溶解加快了，陰極的還原也加快了，即：腐蝕電池使陽極的金屬腐蝕加大，而陰極的金屬腐蝕減少或停止。,腐蝕電池示意圖,7,3、腐蝕電池與原電池的比較 相同點：都有陰（正）、陽（負）極，都有電子通道和離子通道。 不同點：原電池末短路，電化學能可以做有用功，腐蝕電池是短路電池，不可做有用功，反應(yīng)的化學能都以熱能的形式散發(fā)了。 4、構(gòu)成腐蝕電池的必要條件 存在電位差，即要有陰、陽極存在。 要有電解質(zhì)溶液存在 要有連續(xù)傳遞電子的回路。 結(jié)論：一個腐蝕電池必須包括陽極、陰極、電解質(zhì)溶液和電路四個部分。 【練習】把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱正確的是 A、abcd B、acdb C、cabd D、bdca,（B）,8,二、工作過程及作用 1、腐蝕電池的工作過程 陽極過程 M Mn+ne 陰極過程 DneDne 電流流動過程 在金屬中依靠電子從陽極流向陰極，在電解質(zhì)溶液中依靠離子的定向遷移形成回路，從而形成電流。 注： 腐蝕電池的這三個過程缺一不可，只要那個過程受到阻礙，那么金屬電化學腐蝕過程就會停止。 2、腐蝕電池的作用 【思考】怎么理解不利作用和有利作用？,腐蝕電池工作示意圖,9,三、腐蝕電池的類型 (一）、宏觀腐蝕電池 1、電偶腐蝕 同一電解質(zhì)溶液中，兩種具有不同電極電位的金屬或合金通過電連 接形成的腐蝕電池。如：碳鋼-黃銅冷凝器、船舶中的鋼外殼-銅合 金推進器、不同材質(zhì)的法蘭-螺母-螺栓的連接等。 注：兩種金屬的電極電位相差越大，電池中陰陽極的面積比越大、電介質(zhì)的電導率越大則陽極的金屬腐蝕也快。 2 、濃差電池 同一金屬的不同部位所接觸的介質(zhì)具有不同的濃度，引起的電 極電位差。,10,結(jié)論：溶液中金屬離子的濃度越稀，電極電位越低，濃度越大，電極電位越高，因此電子由金屬離子的低濃度區(qū)（陽極）流向高濃度區(qū)（陰極）。 在一些設(shè)備的縫隙、疏松沉積物下部、滯流區(qū)容易產(chǎn)生鹽濃差腐蝕。 b、氧濃差電池： 定義：指由于金屬與含氧量不同的溶液相接觸而引起的電位差所構(gòu)成的腐蝕電池 。,2、濃差電池 a、鹽濃差電池 定義： 指同一金屬浸在不同鹽濃度的溶液中構(gòu)成的腐蝕電池。 以銅浸在硫酸銅溶液為例說明濃度與電極的關(guān)系。,11,結(jié)論：介質(zhì)中溶解氧濃度越大，氧電極電位越大，成為腐蝕電池的陰極，介質(zhì)中溶解氧濃度越低，氧電極電位越小，成為腐蝕電池的陽極。 【討論】化工生產(chǎn)中由于大修，有一碳鋼水貯槽，其中有一定量的中性水長久沒動，大修后啟動開車時，發(fā)現(xiàn)貯槽靠近水線的下方有一圈溝槽，分析這是什么原因造成的。 一般規(guī)律：電位較負的金屬（如Fe）易受氧濃差電池腐蝕，電位較正的金屬（如Cu）易受鹽濃差電池腐蝕。 （二）微觀腐蝕 微觀腐蝕電池是指金屬表面存在許多肉眼難以看見的極微小的電極構(gòu)成的腐蝕電池，這是由于金屬表面存在電化學不均一性所造成的。,E O / OHE0 O / OH（0.059/n）lg氧化態(tài)/還原態(tài) E0 O / OH （0.059/4）lgPO /COH4,2、濃差電池 b、氧濃差電池 金屬浸入含有溶解氧的中性溶液中形成氧電極：O22H2O4e 4OH,12,2、微觀腐蝕電池 （1）化學成份的不均一性 例如鋅中含有雜質(zhì)元素鐵、銻、銅等 （2）組織結(jié)構(gòu)的不均一性 例如：金屬的晶界是原子排列較疏松而紊亂的區(qū)域，這個區(qū)域容易富集雜質(zhì)原子，一般而言，導致晶界的電極電位比晶粒低，容易遭到腐蝕。 （3）物理狀態(tài)的不均一性 例如，鋼板在彎曲部位和鉚釘頭的地方容易發(fā)生腐蝕就是這個原因。 （4）表面膜的不均一性 例如：當金屬表面膜不完整，存在孔隙或破損時，在空隙和破損的部位就容易被腐蝕。 結(jié)論：電化學不均一性即金屬表面的物理和化學性質(zhì)存在差異，從而使金屬表面各部位的電位不相等，這是形成腐蝕微電池的基本原因。,13,一、金屬腐蝕速度 1、全面腐蝕程度的評定 通常是用腐蝕前后金屬質(zhì)量或厚度的變化，電極的電流密度來表示其平均腐蝕率。 （1）根據(jù)質(zhì)量的變化來評定 以被腐蝕的金屬在單位面積（ m2）單位時間（h）內(nèi)由于腐蝕而引起的質(zhì)量（g）變化來評定其腐蝕程度，有失重法和增重法。當腐蝕產(chǎn)物能很好的除去而不損傷主體金屬時用失重法，反之用增得法。 公式：Km（m前m后）/（St） 失重法 Km（m后m前）/（St） 增重法,14,（2）根據(jù)厚度變化來評定 根據(jù)單位時間（a：年）內(nèi)金屬因腐蝕而減薄的尺寸（mm）來評定其腐蝕程度。 公式： 見教材P22式（1-22） 三個等級：耐蝕、可用、不可用（詳見P22：表1-4）。 （3）電流密度法 電化學腐蝕過程，是由于金屬與電解質(zhì)溶液進行了電化學反 應(yīng)，腐蝕速率可用電流密度來表示。 公式：Ki(Aia104)/(nF) 在這三種速度中用電流密度表示的腐蝕速度使用較方便。,15,二、極化與去極化（教材P23） 極化現(xiàn)象：由于通過電流而引起原電池兩極間電位差減小，并引起電池工作電流強度降低的現(xiàn)象，稱為原電池的極化現(xiàn)象。 陽極極化：當通過電流時陽極電位向正的方向移動的現(xiàn)象。 陰極極化：當通過電流時陰極電位向負的方向移動的現(xiàn)象。 去極化：能消除或減弱極化的現(xiàn)象。 去極劑：引起去極化發(fā)生的物質(zhì)。 極化作用：極化的作用總是使得反應(yīng)的速度下降，對于防腐蝕而言，極化是有利的。如金屬的鈍化就是陽極極化的一個典型應(yīng)用。 去極化作用：消除或減弱陽極和陰極的極化作用的電極過程。 極化曲線：表示電極電位與極化電流或極化電流密度之間關(guān)系的曲線。,16,三、金屬的鈍化（教材P29） 1、鈍化現(xiàn)象 【思考分析】 1）Al電極電位為-1.66V，在腐蝕環(huán)境中很易被腐蝕，但卻耐腐蝕，如：鋁合金屬門窗。 2）法拉第鐵鈍化實驗（教材P29圖1-21） 金屬由于表面形成了保護膜，在介質(zhì)中沒有發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象叫鈍化現(xiàn)象。 2、鈍化定義 某些活潑金屬或其合金，由于它們的陽極過程受到了阻滯，因而在很多環(huán)境中的電化學性能接近貴金屬，這種性能叫做金屬的鈍性，金屬具有鈍性的現(xiàn)象叫做鈍化。 注：鈍性金屬一般有兩個電位，活性電位和鈍性電位，也叫活性-鈍性金屬。如不銹鋼、鉻、鎳、鋁等金屬或合金。,17,3、鈍化的特性（教材P30） 陽極極化曲線（S形曲線） 活化區(qū) 曲線a一b段。 b過渡區(qū) 曲線b-c段。 C鈍化區(qū) 曲線c-d段。 d過鈍化區(qū) 曲線d一e段。,【分析討論】 各區(qū)電位和電流變化的情況。,金屬鈍化過程典型陽極極化曲線,E臨、i臨、i維是三個重要的特性參數(shù)。,18,4、活性一鈍性金屬的耐蝕性 （教材P31） 單一的還原反應(yīng)，可能具有三種不同的交換電流密度。 有一個穩(wěn)定的交點A，如：鈦在無空氣的稀硫酸或鹽酸中迅速溶解不能鈍化的情況。 有三個交點B、C、D，如：在濃硝酸中鈍化后的鐵即屬于此種情況，一旦鈍化膜被破壞，則由鈍態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛顟B(tài)，即D點轉(zhuǎn)變到B點。 只有一個穩(wěn)定的交點F，如：不銹鋼在含氧化劑（溶解氧）的酸溶液中以及鐵在