第10章電解與極化作用

1、第十章電解與極化作用一、本章主要內(nèi)容§10.1 分解電壓§10.2 極化作用§10.3 電解時電極上的反應§10.4 金屬的電化學腐蝕與防腐§10.5 化學電源二、本章重點與難點1、分解電壓的概念。2、極化作用。3、電解時電極上的反應。4、金屬的電化學腐蝕與防腐。5、化學電源。三、教學目的1、掌握電化動力學的一般原理；2、掌握電化學的基本理論和技能，為后續(xù)專業(yè)課的學習奠定堅實的理論基礎(chǔ)。四、教學要求1、了解分解電壓的意義。2、了解產(chǎn)生極化的原因，了解氫超電勢在電解中的作用。3、能計算一些簡單的電解分離問題。4、了解金屬腐蝕的原因和各種防腐的方法

2、。5、了解化學電源的類型及應用。五、授課時數(shù)8學時用Nernst 方程式處理電化學體系時，都有一個前提，即該體系需處于熱力學平衡態(tài)。所以用Nernst方程研究的問題具有很大的局限性。一切實際的電化學過程都是不可逆過程。對不可逆電極過程進行的研究，無論是在理論上或?qū)嶋H應用中，都有非常重要的意義。因為要使電化學反應以一定的速度進行，無論是原電池的放電或是電解過程，在體系中總是有顯著的電流通過。因此，這些過程總是在遠離平衡的狀態(tài)下進行的。研究不可逆電極反應及其規(guī)律對電化學工業(yè)有著十分重要的意義。因為它直接涉及工藝流程、能量消耗、原料消耗等因素。本章我們將討論電解過程中在電極上進行的不可逆反應，從中得

3、出不可逆電極過程的一些規(guī)律，將它們應用于電鍍、電化學腐蝕、化學電源等方面。§10.1 分解電壓一、理論分解電壓圖10.1 分解電壓的測定裝置使某電解質(zhì)溶液能連續(xù)不斷發(fā)生電解反應時所必須外加的最小電壓稱為理論分解電壓。理論分解電壓在數(shù)值上等于該電解池作為可逆電池時的可逆電動勢：E（理論分解電壓）E（可逆）二、分解電壓的測定若外加一電壓在一個電池上，逐漸增加電壓，使電池中的化學反應發(fā)生逆轉(zhuǎn)，這就是電解。當直流電通過電解質(zhì)溶液時，正離子向陰極遷移，負離子向陽極遷移，并分別在電極上起還原和氧化反應，從而獲得還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。實驗表明，對任一電解槽進行電解時，隨著外加電壓的改變，通過該電解槽

4、的電流亦隨之變化。例如，使用兩個鉑電極電解HCl溶液時，使用圖10.1的線路裝置，改變可變電阻，記錄電壓表和電流表的讀數(shù)，則可以測量電解槽兩端電位差與電流強度的關(guān)系曲線。圖10.2 測定分解電壓時的電流-電壓曲線開始時，當外加電壓很小，幾乎沒有電流通過電解槽；增加電壓，電流略有增加。此時，還沒有H2和Cl2生成，它們的壓力幾乎為零。稍稍增大外壓，電極表面上產(chǎn)生了少量的H2和Cl2，壓力雖小，但卻構(gòu)成了一個原電池（自發(fā)地進行如下反應）：(-) H2(p)2H+ (aH+)+2e-(+) Cl2(g)+2e-2Cl-(aCl-)當電流增加到某一點后，電流隨電壓增大而急劇上升，同時電極上有連續(xù)的氣泡

5、逸出。在兩電極上的反應可表示如下：陰極2H+(aH+)+2e.H2(g, p)陽極2Cl-.(aCl-)Cl2(g, p)+2e當電極上有氣泡逸出時，H2和Cl2的壓力等于大氣壓力。此時，電極上進行的反應的方向正好與電解所進行的反應的方向相反。它產(chǎn)生了一個與外加電壓方向相反的反電動勢Eb。由于電極上的產(chǎn)物H2和Cl2擴散到溶液中了，需要通過極微小的電流使電極產(chǎn)物得到補充。繼續(xù)增大外加電壓，電極上就有H2和Cl2繼續(xù)產(chǎn)生并向溶液中擴散，因而電流也有少許增加，相當于圖10.2 中I-E曲線上的1-2段。此時由于pH2和pCl2不斷增加，對應于外加電壓的反電動勢也不斷增加，直至氣體壓力增至等于外界大

6、氣壓力時，電極上就開始有氣泡逸出，此時反電動勢Eb達到最大值Eb, max將不再繼續(xù)增加。若繼續(xù)增加外加電壓只增加溶液中的電位降(E外-Eb, max)IR，從而使電流劇增，即相當于I-E曲線中2-3 段的直線部分。將直線部分外延到I0 處所得的電壓就是Eb, max，這是使某電解液能連續(xù)不斷發(fā)生電解時所必須的最小外加電壓，稱為電解液的分解電壓。從理論上講Eb, max應等于原電池的E(可逆)，但實際上Eb, max卻大于E(可逆)。這是由兩方面的原因引起的。一是由于電解液、導線和接觸點都有一定的電阻，欲使電流通過必須用一部分電壓來克服IR電位降，這相當于把I2R的電轉(zhuǎn)化為熱。二是由于實際電解

7、時在兩個電極上進行的不可逆電極過程所引起，即要使正離子在陰極析出，外加的陰極電勢一定要比可逆電極電勢更負一些，使負離子在陽極析出，外加的陽極電勢一定要比可逆電勢更正一些。我們把由于電流通過電極時，電極電勢偏離可逆電極電勢的現(xiàn)象稱為極化現(xiàn)象。電極反應和電解產(chǎn)物不一樣，分解電壓也有差異。小結(jié)：我們把使某種電解質(zhì)開始電解反應時所必須施加的最小電壓，稱為該電解質(zhì)的分解電壓。理論分解電壓也稱為可逆分解電壓，等于可逆電池電動勢。但實際工作中電解以一定速率進行，過程已經(jīng)不是可逆過程。這時的分解電壓E(實)E(理)。原因是：當電流通過時，電極有極化作用，電路有電阻。實驗表明：電解不同的電解質(zhì)，如果電極反應相同

8、，分解電壓基本相同。§10.2 極化作用一、極化（polarization）當電極上無電流通過時，電極處于平衡狀態(tài)，這時的電極電勢分別稱為陽極平衡電勢（陽，平）和陰極平衡電勢（陰，平）。在有電流通過時，隨著電極上電流密度的增加，陰極電位比平衡電位更負（陰極極化），陽極電位比平衡電位更正（陽極極化），電極實際分解電勢值對平衡值的偏離也愈來愈大，這種對平衡電勢的偏離稱為電極的極化。二、極化的類型根據(jù)極化產(chǎn)生的不同原因，通常把極化大致分為兩類：濃差極化和電化學極化。1、濃差極化在電解過程中，電極附近某離子濃度由于電極反應而發(fā)生變化，本體溶液中離子擴散的速度又趕不上彌補這個變化，就導致電極附

9、近溶液的濃度與本體溶液間有一個濃度梯度，這種濃度差別引起的電極電勢的改變稱為濃差極化。用攪拌和升溫的方法可以減少濃差極化。2、電化學極化電極反應總是分若干步進行，若其中一步反應速率較慢，需要較高的活化能，為了使電極反應順利進行所額外施加的電壓稱為電化學超電勢（亦稱為活化超電勢），這種極化現(xiàn)象稱為電化學極化。三、超電勢（overpotential）在某一電流密度下，實際發(fā)生電解的電極電勢（不可逆）與平衡電極電勢之間的差值稱為超電勢。陽極上由于超電勢使電極電勢變大，陰極上由于超電勢使電極電勢變小。為了使超電勢都是正值，把陰極超電勢（陰）和陽極超電勢（陽）分別定義為：h(陰)j(陰,平)j(陰,不可

10、逆)h(陽)j(陽,不可逆)j(陽,平)四、極化曲線（polarization curve）超電勢或電極電勢與電流密度之間的關(guān)系曲線稱為極化曲線，極化曲線的形狀和變化規(guī)律反映了電化學過程的動力學特征。1、電解池中兩電極的極化曲線圖10.3 極化曲線隨著電流密度的增大，兩電極上的超電勢也增大，陽極析出電勢變大，陰極析出電勢變小，使外加的電壓增加，額外消耗了電能。2、原電池中兩電極的極化曲線隨著電流密度的增加，陽極析出電勢變大，陰極析出電勢變小。由于極化，使原電池的作功能力下降。但可以利用這種極化降低金屬的電化腐蝕速度。五、氫超電勢電解質(zhì)溶液通常用水作溶劑，在電解過程中，H+在陰極會與金屬離子競爭

11、還原。利用氫在電極上的超電勢，可以使比氫活潑的金屬先在陰極析出，這在電鍍工業(yè)上是很重要的。例如，只有控制溶液的pH，利用氫氣的析出超電勢，才使得鍍Zn，Sn，Ni，Cr等工藝成為現(xiàn)實。圖10.4 氫在幾種電極上的超電勢六、氫氣在幾種電極上的超電勢金屬在電極上析出時超電勢很小，通?？珊雎圆挥?。而氣體，特別是氫氣和氧氣，超電勢值較大。氫氣在幾種電極上的超電勢如圖所示。可見在石墨和汞等材料上，超電勢很大，而在金屬Pt，特別是鍍了鉑黑的鉑電極上，超電勢很小，所以標準氫電極中的鉑電極要鍍上鉑黑。影響超電勢的因素很多，如電極材料、電極表面狀態(tài)、電流密度、溫度、電解質(zhì)的性質(zhì)、濃度及溶液中的雜質(zhì)等。七、Taf

12、el公式（Tafels equation）1905年，Tafel 發(fā)現(xiàn)，對于一些常見的電極反應，超電勢與電流密度之間在一定范圍內(nèi)存在如下的定量關(guān)系：上式稱為Tafel 公式。式中j是電流密度，a是單位電流密度時的超電勢值，與電極材料、表面狀態(tài)、溶液組成和溫度等因素有關(guān)，b是超電勢值的決定因素。§10.3 電解時電極上的反應一、金屬的析出與氫超電勢當電解金屬鹽類的水溶液時，在陰極可能析出氫氣或金屬。究竟發(fā)生什么反應，則不僅要考慮它們的平衡電極電勢（熱力學性質(zhì)），還要考慮在一定電流密度下的超電勢（動力學性質(zhì)），即看其離子析出電勢的大小而定。1、陰極上的反應電解時陰極上發(fā)生還原反應。發(fā)生還

13、原的物質(zhì)通常有(1)金屬離子，(2)氫離子。判斷在陰極上首先析出何種物質(zhì)，應把可能發(fā)生還原物質(zhì)的電極電勢計算出來，同時考慮其超電勢。（1）E(Mz+|M)=E°(Mz+|M)（2）E(H+|H)=電極電勢大的首先在陰極析出。2、陽極上的反應電解時陽極上發(fā)生氧化反應。發(fā)生氧化的物質(zhì)通常有：（1）陰離子，如Cl、OH等，（2）陽極本身發(fā)生氧化。判斷在陽極上首先發(fā)生什么反應，應把可能發(fā)生氧化的物質(zhì)的電極電勢計算出來，同時要考慮其超電勢。E(A|Az)=E°(A|Az)+（陽）電極電勢小的首先在陽極氧化。3、分解電壓確定了陽極、陰極析出的物質(zhì)后，將兩者的析出電勢相減，就得到了實際分

14、解電壓。因為電解池中陽極是正極，電極電勢較高，所以用陽極析出電勢減去陰極析出電勢。分解電壓E(陽極，析出)E(陰極，析出)電解水溶液時，由于O2或H2的析出，會改變H+或OH的濃度，計算電極電勢時應把這個因素考慮進去。在實際生產(chǎn)中氫超電勢現(xiàn)象十分重要。通常它起著兩種不同的作用，一是有利于生產(chǎn)的順利進行，另一是使生產(chǎn)過程消耗過多的電能。1、食鹽電解工業(yè)中用汞陰極進行電解，就是利用氫在汞上的超電勢較高，因此在陰極上才有可能形成汞齊而不析出H2。在此電解法中，Na+在汞陰極上的放電電勢是1.83 V，氫在汞上的超電勢為1.35 V，因此H+放電要比Na+困難得多。Na+放電后形成的鈉汞齊是金屬Na溶

15、液在汞中所成的液態(tài)合金：2Na(Hg)2H2O 2NaOHH22Hg反應產(chǎn)生的汞又回到電解糟中去重新使用。此法所得燒堿純度高，適用于人造纖維工業(yè)。2、在金屬沉積中也常遇到H2的超電勢問題。利用氫在不同金屬上的超電勢，可以在陰極鍍上Zn、Cd、Ni等而不會有H2析出。3、在化學電源中超電勢現(xiàn)象也同樣重要。如，鉛蓄電池充電時的反應：陰極反應：PbSO42ePbSO42陽極反應：PbSO42e2H2OPbO24HSO42這兩個電極反應的電流效率都很高，也是因為H2和O2分別在這兩個電極上有較大的超電勢，若沒有這種超電勢現(xiàn)象，則充電過程將完全變成電解水的作用了。二、金屬離子的分離如果溶液中含有各種不同

16、的金屬離子，它們分別具有不同的析出電勢，則析出電勢越高的離子，越易獲得電子而優(yōu)先還原成金屬。所以，在陰極電勢逐漸由高變低的過程中，各種離子是按其對應的電極電勢由高到底的次序先后析出的。各種金屬析出的過電勢一般都很?。娏髅芏容^小時），可近似用R代替析出電勢。例如電解液中含有濃度各為1 mol·kg1的Ag+，Cu2+和Cd2+離子，則因(Ag)(Cu)(Cd)，而首先析出Ag，其次析出Cu，最后析出Cd。依據(jù)這一道理控制陰極電勢，能夠?qū)追N金屬依次分離。但是，若要分離得完全，相鄰兩種離子的析出電勢必須相差足夠的數(shù)值，一般至少要差0.2 V以上，否則分離不完全。在上述溶液中，當陰極電勢

17、達到+0.799V時，Ag首先開始析出。隨著Ag的析出，陰極電勢逐漸下降。當陰極電勢降低到第二種金屬Cu開始析出的0.337 V時，由能斯特方程可以算出，此時Ag+濃度已降至1.5×108mol·kg1，相應E（分解）增大。而當陰極電勢降至第三種金屬Cd開始析出的0.403 V時，Cu2+的濃度已降至1025mol·kg-1，可以認為已經(jīng)分離得非常完全了。不難推斷，當兩種金屬析出電勢相同時，調(diào)整離子濃度或提高超電勢，都可使兩種金屬在陰極上同時析出。電解法制造合金就是依據(jù)這一原理。三、電解的應用電解時陰極上的反應當然并不限于金屬離子的析出，任何能從陰極上獲得電子的還

18、原反應都可能在陰極上進行；同樣，在陽極上也并不限于陰離子的析出或陽極的溶解，任何放出電子的氧化反應都能在陽極上進行。若溶液中含有某些離子，具有比H+較正的還原電勢，則H2就不再逸出，而發(fā)生該種物質(zhì)的還原。通常稱這種物質(zhì)為陰極去極化劑。同理，若要減弱因陽極上析出O2或C12等所引起的極化作用，則可加入還原電勢較負的某種物質(zhì)，使其比OH先在陽極氧化，這種物質(zhì)稱為陽極去極化劑。例如，用某種電極電解1mol·kg1的HC1；若在陰極區(qū)加入一些FeC13，則由于Fe3+的(還原)高于H+的(還原)，所以Fe3+在陰極區(qū)還原為Fe2+，而避免了析出H2的極化作用；若在陽極區(qū)加一些FeC12，則F

19、e2+在陽極氧化為Fe3+，而避免了生成C12的極化作用。Fe3是直接從陰極上取得電子而還原。最簡單的去極化劑是具有高低不同價態(tài)的離子，例如鐵和錫的離子。去極化劑的作用相當于一個氧化還原電極，它有較恒定的電極電勢，其數(shù)值取決于高價和低價離子活度的比值。另一類去極化作用雖有H參加，但沒有H2析出，這些反應常是不可逆的，且實際的電極過程也并不十分清楚。例如陰極上硝酸鹽及硝基苯還原的反應。去極化劑在電化學工業(yè)中應用得很廣泛。例如電鍍工藝中為了使金屬沉積的表面既光滑又均勻，常加入一定的去極化劑，以防止因H2放出而使表面有孔隙或疏松現(xiàn)象。電解氧化和還原的應用是十分廣泛的，如電解制備，塑料電鍍，鋁及其合金

20、的電化學氧化和表面著色等。1、電解制備例如電解食鹽水制備C12和NaOH的氯堿工業(yè)，用電解法提純金屬如電解銅，生產(chǎn)合金如黃銅，電解水以制備純凈的H2和O2，電解法制雙氧水等。有機物的電解制備在近年來也研究得很多。電解制備的主要優(yōu)點為：（1）產(chǎn)物比較純凈，易于提純，用電解法進行氧化和還原時不需另外加入氧化劑或還原劑，可以減少污染。（2）適當?shù)剡x擇電極材料、電流密度和溶液的組成，可以擴大電解還原法的適用范圍，通過控制反應條件還可以使原來在化學方法中是一步完成的反應，控制在電解的某一中間步驟上停止，有時又可以把多步驟的化學反應在電解槽內(nèi)一次完成，從而得到所要的產(chǎn)物。2、塑料電鍍?yōu)榱斯?jié)約金屬，減輕產(chǎn)品

21、重量和降低成本，目前在建筑業(yè)、汽車制造業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓蕉嗟夭捎盟芰蟻泶娼饘?。電鍍步驟大致為，先使各種塑料（如ABS、尼龍、聚四氟乙烯等）表面去油、粗化及進行各種表面活性處理，然后用化學沉積法使其表面形成很薄的導電層，再把塑料鍍件置于電鍍槽的陰極，鍍上各種所需的金屬，電鍍后的塑料制品能夠?qū)щ?、導磁、有金屬光澤和提高了焊接性能，而且機械性能、熱穩(wěn)定性和防老化能力等都有所提高。3、鋁及其合金的電化學氧化和表面著色金屬鋁及其合金由于質(zhì)輕、導電、導熱及延展性能好，故在電子工業(yè)、機械制造和輕工業(yè)等方面有廣泛的應用。但是由于鋁質(zhì)軟不耐磨，表面氧化膜約4m，抗蝕性能差，色澤單調(diào)，所以它的應用受到極大

22、的限制。鋁及其合金的電化學氧化也稱陽極氧化，可以改變鋁制品的性能。方法為，把鋁或其合金置于相應的電解液（硫酸、鉻酸、草酸等）中作為陽極，在特定的工作條件和外加電流的作用下，在陽極表面形成一層厚度為520m 的氧化膜，硬質(zhì)陽極氧化膜厚度可達60200m。經(jīng)陽極氧化處理后的鋁及其合金有較高的硬度和耐磨性，有良好的耐熱性、絕緣性、抗蝕性和絕熱性，使得它在航天、航空、電氣、電子工業(yè)上有廣泛的用途。電解的主要應用是：陰極產(chǎn)品：電鍍、金屬提純、保護、產(chǎn)品的美化（包括金屬、塑料）和制備及有機物的還原產(chǎn)物等。陽極產(chǎn)品：鋁合金的氧化和著色、制備氧氣、雙氧水、氯氣以及有機物的氧化產(chǎn)物等。常見的電解制備有氯堿工業(yè)、

23、由丙烯腈制乙二腈、用硝基苯制苯胺等。§10.4 金屬的電化學腐蝕與防腐金屬材料表面由于受到周圍介質(zhì)的作用而發(fā)生狀態(tài)變化，從而使金屬材料遭受破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。如鐵生銹、銅發(fā)綠銹、鋁生白斑點等。金屬的腐蝕往往引發(fā)事故，造成巨大經(jīng)濟損失，耗費大量資源和能源，1/3冶煉金屬由于腐蝕而破壞，引起污染環(huán)境。因此有必要對腐蝕現(xiàn)象進行研究。一、金屬腐蝕的類型按照腐蝕反應進行的方式不同，金屬的腐蝕可分為化學腐蝕、生物化學腐蝕與電化學腐蝕三類。1、化學腐蝕化學腐蝕是金屬表面與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學作用而產(chǎn)生的損壞，它的特點是腐蝕在金屬的表面上，腐蝕過程中沒有電流的產(chǎn)生。在化工生產(chǎn)中，有很多機器和設(shè)備是在高溫

24、下操作的，如氨合成塔、硫酸氧化爐、石油氣制氫轉(zhuǎn)化爐等，金屬在高溫下受蒸汽和氣體作用。（1）金屬的高溫氧化金屬的高溫氧化指金屬和環(huán)境中的氧（含氧化性氣體，如H2O，SO2，CO2等）化合而生成金屬氧化物。金屬氧化初始，氧被吸附于金屬表面并可能反應形成氧化物膜，且迅速覆蓋金屬表面。固態(tài)氧化膜在一定程度上阻滯了金屬與介質(zhì)間的物質(zhì)傳遞,因而起到了一定的保護作用。此后，金屬的氧化將通過氧向內(nèi)擴散或金屬離子向外擴散而進行。如果金屬氧化物的熔點較低，或金屬氧化物易揮發(fā)，則當金屬處在較高溫度下，由于氧化物流失或逸散，使金屬表面不斷暴露在氧化介質(zhì)中，氧化便可迅速進行。因此，氧化膜的性質(zhì)在某種程度上決定了金屬的氧

25、化過程。一般加熱溫度愈高，金屬氧化的速度愈快。為了提高鋼的高溫抗氧化能力，可以在鋼里加入適量的合金元素鉻、硅或鋁。因為這些元素與氧的親和力強，可以生成致密的保護性的氧化物。（2）鋼的脫碳在高溫氣體中含有O2、H2O、CO2、H2等成分時，鋼中的滲碳體Fe3C與這些氣體發(fā)生如下反應：Fe3C十 O23Fe十 CO2Fe3C十 CO2 3Fe十2COFe3C十 H2O3Fe十CO十 H2脫碳使碳的含量減少，金屬的表面硬度和抗疲勞強度降低。同時由于氣體的析出，破壞了鋼表面膜的完整性，使耐蝕性更一步降低。改變氣體的成分，以減少氣體的侵蝕作用是防止鋼脫碳的有效方法。（3）氫脆金屬在冶煉、加工過程中或在含

26、氫的環(huán)境中，氫與鋼材直接接觸時被鋼材物理吸附，氫分子分解為氫原子并被鋼表面化學吸附。氫原子穿過金屬表面層的晶界向鋼材內(nèi)部擴散，溶解在鐵素體中形成固溶體。在此階段中，溶在鋼中的氫并未與鋼材發(fā)生化學作用，也未改變鋼材的組織，在顯微鏡下觀察不到裂紋，鋼材的抗拉強度和屈服點也無大改變。但是它使鋼材塑性指標顯著下降，鋼材變脆，導致斷裂，降低疲勞抗力。2、生物化學腐蝕由各種微生物的生命活動而引起，這些微生物以金屬作為營養(yǎng)基或放出能腐蝕金屬的產(chǎn)物而使金屬遭受破壞。3、電化學腐蝕金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學作用所發(fā)生的腐蝕稱電化學腐蝕。它的特點是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。金屬在電解質(zhì)溶液中，在水分子作用下，使金

27、屬本身呈離子化，當金屬離子與水分子的結(jié)合能力大于金屬離子與其電子的結(jié)合能力時，一部分金屬離子就從金屬表面轉(zhuǎn)移到電解液中，形成了電化學腐蝕。金屬在各種酸、堿、鹽溶液、工業(yè)用水等的腐蝕，都屬于電化學腐蝕。金屬在電解質(zhì)溶液中，在陽極區(qū)發(fā)生氧化反應，使得金屬離子從金屬本體進入溶液；在兩極電位差作用下電子從陽極流向陰極；在陰極區(qū)，流動來的電子被吸收，發(fā)生還原反應。圖10.5 鐵的腐蝕過程陽極：發(fā)生氧化反應，M-ne=Mn+，活潑金屬失去電子被氧化（被溶解、被腐蝕）。陰極：發(fā)生還原反應。 2H+2e=H2 (酸性電解質(zhì))Mn+ne=M(不活潑金屬鹽溶液)2H2O+O2+4e=4OH-（中性或弱酸性條件下的

28、吸氧腐蝕）電化學腐蝕的例子：銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？帶有鐵鉚釘?shù)你~板若暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤，空氣中的CO2、SO2和海邊空氣中的NaCl溶解其中，形成電解質(zhì)溶液，這樣組成了原電池，銅作陰極，鐵作陽極，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹?；瘜W腐蝕與電化腐蝕的比較：化學腐蝕電化腐蝕條件金屬與非電解質(zhì)直接接觸不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化的過程較活潑金屬被氧化的過程相互關(guān)系化學腐蝕與電化腐蝕往往同時發(fā)生，但電化腐蝕更普遍，危害嚴重 化學腐蝕（次）：直接與Cl2、O2等反應金屬腐蝕 析H2（次）電化腐蝕（主）： 吸O2（主）二、鐵銹的組成鐵在酸

29、性介質(zhì)中只能氧化成二價鐵：FeFe2+2e二價鐵被空氣中的氧氣氧化成三價鐵，三價鐵在水溶液中生成Fe(OH)3沉淀，F(xiàn)e(OH)3又可能部分失水生成Fe2O3。所以鐵銹是一個由Fe2+、Fe3+、Fe(OH)3和Fe2O3等化合物組成的疏松的混雜物質(zhì)。三、腐蝕時陰極上的反應1、析氫腐蝕酸性介質(zhì)中H+在陰極上還原成氫氣析出。H+eH2（g）設(shè)aH21，aH+107，則0.413V鐵陽極氧化，當aFe2+106時認為已經(jīng)發(fā)生腐蝕，=0.617V這時組成原電池的電動勢為0.204V，是自發(fā)電池。2、耗氧腐蝕如果既有酸性介質(zhì)，又有氧氣存在，在陰極上發(fā)生消耗氧的還原反應：O2(g)+4H+4e2H2O，

30、E°1.229V設(shè)aO21，aH+107，則0.816V這時與(0.617V)陽極組成原電池的電動勢為1.433V。顯然耗氧腐蝕比析氫腐蝕嚴重得多。四、金屬的防腐金屬腐蝕的現(xiàn)象非常普遍，像金屬制成的日用品、生產(chǎn)工具、機器部件、海輪的船殼等，如保養(yǎng)不好，都會腐蝕，從而造成大量金屬的損耗。至于因設(shè)備腐蝕損壞而引起停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、污染環(huán)境、危害人體健康，甚至造成嚴重事故的損失，那就更無法估計了。因此，了解金屬腐蝕的原因，掌握防護的方法，是具有十分重要的意義的。既然金屬腐蝕主要是由于金屬跟周圍物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應所引起的，那么，金屬的防護當然也必須從金屬和周圍物質(zhì)兩方面來考慮。生產(chǎn)上

31、常用的一些防護方法有：1、非金屬防腐在金屬表面涂上油漆、搪瓷、塑料、瀝青等，將金屬與腐蝕介質(zhì)隔開。2、金屬保護層在需保護的金屬表面用電鍍或化學鍍的方法鍍上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金屬，保護內(nèi)層不被腐蝕。3、電化學保護（1）保護器保護：將被保護的金屬如鐵作陰極，較活潑的金屬如Zn作犧牲性陽極。陽極腐蝕后定期更換。（2）陰極保護：外加電源組成一個電解池，將被保護金屬作陰極，廢金屬作陽極。（3）陽極保護：用外電源，將被保護金屬接陽極，在一定的介質(zhì)和外電壓作用下，使陽極鈍化。4、加緩蝕劑在可能組成原電池的體系中加緩蝕劑，改變介質(zhì)的性質(zhì)，降低腐蝕速度。5、制成耐蝕合金在煉制金屬時加入其它組分，提高耐蝕能力。如在煉鋼時加入Mn，Cr等元素制成不銹鋼。6、保持干燥§10.5 化學電源電能是現(xiàn)代生活的必需品，電能是最重要的二次能源，大部分的煤和石油制品作為一次能源用于發(fā)電。（注：一次能源指在自然界現(xiàn)成存在，可以直接取得且不必改變其基本形態(tài)的能源，如煤炭、天然氣、地熱、水能等。由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的能源產(chǎn)品，如電力、焦炭、汽油、柴油、煤氣等屬于二次能源。）煤或油在燃燒過程中釋放能量，加熱蒸汽推動電機發(fā)電，它的實質(zhì)是化