普通化學(xué)課件 (判斷氧化還原反應(yīng)的程度)

1、普通化學(xué)課件普通化學(xué)課件chapter4(chapter4(判斷氧化還判斷氧化還原反應(yīng)的程度原反應(yīng)的程度) )通常反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，取通常反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，取T=298.15 K代入上代入上式，得：式，得： 該式表明了原電池反應(yīng)的該式表明了原電池反應(yīng)的K 與電動勢與電動勢E 之之間的關(guān)系。由此看出，當(dāng)溫度和轉(zhuǎn)移電子數(shù)一間的關(guān)系。由此看出，當(dāng)溫度和轉(zhuǎn)移電子數(shù)一定時(shí)，定時(shí)，K 值與值與E 值成正比值成正比，( (+)- - (-)越大，越大，則則K 值就越大，說明反應(yīng)進(jìn)行得越完全。值就越大，說明反應(yīng)進(jìn)行得越完全。0.059nE( )(-)()0.059n lgK = =【例例4-7】計(jì)算反應(yīng)計(jì)算反

2、應(yīng)2+-3+22Fe+Br = 2Br +2Fe在在 298K 時(shí)的時(shí)的K解：解：2-Br( )Br1.065V 3+2+Fe( )Fe0.770V ( )( )1.0650.7700.295VE 2 0.295lg100.0590.059nEK 1010K 若反應(yīng)寫成：若反應(yīng)寫成：2+-3+24Fe+2Br = 4Br +4Fe則則 n = 4，4 (1.0650.770)lg200.059K 2010K 2)(KK E與反應(yīng)式系數(shù)無關(guān)，而與反應(yīng)式系數(shù)無關(guān)，而 K則不同。則不同。 解：負(fù)極：解：負(fù)極：+Ag=Ag + e 正極：正極：-AgCl(s)+e =Ag+Cl +-AgCl(s) =

3、 Ag +Cl總反應(yīng)：總反應(yīng)：( )( )lg0.0590.0590.22230.7999 9.790.059nEnK 10sp1.56 10(AgCl)KK 【思考題思考題】根據(jù)原電池原理求根據(jù)原電池原理求AgCl的的 Ksp,已知已知:+ (Ag /Ag) = 0.7999V, (AgCl/Ag) = 0.2223V 利用電極反應(yīng)利用電極反應(yīng)G 的加和性，可由已知電極的加和性，可由已知電極反應(yīng)的反應(yīng)的 計(jì)算未知反應(yīng)的計(jì)算未知反應(yīng)的 值。值?！纠?-6】已知已知 Cu2+ + 2e- Cu 1 = 0.34 V Cu2+ + e- Cu+ 2 = 0.17 V 求求: Cu+ + e- C

4、u 3 =？五、由平衡關(guān)系計(jì)算五、由平衡關(guān)系計(jì)算 值值解：解： 根據(jù)根據(jù)G = - -nFE ，對半電池，對半電池(電極電極)反應(yīng)可得：反應(yīng)可得： G =- -nF =- - G 3=G 1- -G 2 n3F 3 = n1F 1 - - n2F 232211nnn 117. 0134. 02 于是：于是： 3 = = = 0.51 V 返回4.4 4.4 電解電解 ( (Electrolysis) 使電流通過電解質(zhì)溶液（或熔融液），在電極上使電流通過電解質(zhì)溶液（或熔融液），在電極上 引起氧化還原反應(yīng)的過程叫電解。引起氧化還原反應(yīng)的過程叫電解。 電解一般都是在電解池中進(jìn)行的。一個(gè)直流電源，電解

5、一般都是在電解池中進(jìn)行的。一個(gè)直流電源，兩個(gè)電極，插入電解液中，就構(gòu)成了電解池，與電源兩個(gè)電極，插入電解液中，就構(gòu)成了電解池，與電源負(fù)極負(fù)極相連的電極叫相連的電極叫陰極陰極；與；與正極正極相連的叫相連的叫陽極陽極。 陰極陰極: :還原反應(yīng)還原反應(yīng)陽極陽極: :氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)電解電解NiCl2熔融液熔融液 eClCl NieNi22222陽陽極極：陰陰極極：一般電解液中的正、負(fù)離子都不只一種，那么根據(jù)什么來判一般電解液中的正、負(fù)離子都不只一種，那么根據(jù)什么來判斷電解產(chǎn)物呢？斷電解產(chǎn)物呢？比如：電解比如：電解0.5moldm-3 Na2SO4溶液。溶液。正離子：正離子：Na、H；負(fù)離子：；負(fù)離子

6、：SO42、OH陰極：陰極：Na？H？ 陽極：陽極：OH理論依據(jù)理論依據(jù)：陰極：陰極: :電極電勢高的氧化態(tài)物質(zhì)被還原電極電勢高的氧化態(tài)物質(zhì)被還原 （氧化性強(qiáng)）（氧化性強(qiáng)） 陽極陽極: :電極電勢低的還原態(tài)物質(zhì)被氧化電極電勢低的還原態(tài)物質(zhì)被氧化（還原性強(qiáng)）（還原性強(qiáng)） +NaNaNaNa0.059lg (Na )2.71090.059lg12.7109Vc +222+7HHHH20.059(H )lg0.059lg(10 )0.413V2(H )cpp +2NaHHNa 陰極是陰極是H得電子被還原：得電子被還原： +-22H +2e = H陽極：陽極：OH失電子被氧化：失電子被氧化：-224O

7、H = O +2H O+4e所以實(shí)際是電解水：所以實(shí)際是電解水：如果用金屬作電極，陽極參加反應(yīng)的往往是金屬電極如果用金屬作電極，陽極參加反應(yīng)的往往是金屬電極如用銅：如用銅：2+2-OCuCuOH 陽極是陽極是Cu失去電子被氧化：失去電子被氧化：Cu=Cu2+2e222O2HOH2 電電解解 利用氧化還原反應(yīng)，我們可以作化學(xué)電源，利用氧化還原反應(yīng)，我們可以作化學(xué)電源，進(jìn)行電解、電鍍等等，做許多有利于我們生進(jìn)行電解、電鍍等等，做許多有利于我們生產(chǎn)和生活的工作，但同時(shí)，氧化還原反應(yīng)也產(chǎn)和生活的工作，但同時(shí)，氧化還原反應(yīng)也制造了很多麻煩。金屬腐蝕是氧化還原反應(yīng)制造了很多麻煩。金屬腐蝕是氧化還原反應(yīng)造成

8、的最普遍，也是破壞性最大的危害。造成的最普遍，也是破壞性最大的危害。 金屬腐蝕的類型有許多種，采取的措施也金屬腐蝕的類型有許多種，采取的措施也多種多樣，今天我們只介紹一些多種多樣，今天我們只介紹一些腐蝕與防腐的腐蝕與防腐的基本原理基本原理。 4.5 4.5 金屬的腐蝕與防護(hù)金屬的腐蝕與防護(hù) ( (Corrosion of metals and protection) 從腐蝕原理來說，金屬的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。從腐蝕原理來說，金屬的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕：化學(xué)腐蝕：單純由化學(xué)作用引起的腐蝕。單純由化學(xué)作用引起的腐蝕。金屬與干燥的氣體金屬與干燥的氣體（O2、Cl2、H2

9、S、SO2等）或有機(jī)溶劑直接發(fā)生化學(xué)反等）或有機(jī)溶劑直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕。應(yīng)引起的腐蝕。 電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液接觸，組成局部電池，金屬與電解質(zhì)溶液接觸，組成局部電池，按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)引起的腐蝕，按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)引起的腐蝕，反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理跟原電池相同。跟原電池相同。事實(shí)證明，許多金屬在干燥的空氣中并沒有明顯的腐蝕現(xiàn)象，事實(shí)證明，許多金屬在干燥的空氣中并沒有明顯的腐蝕現(xiàn)象，但在潮濕空氣中的腐蝕速度卻十分驚人（如：鐵生銹），危害要但在潮濕空氣中的腐蝕速度卻十分驚人（如：鐵生銹），危害要大得多，我們主要介紹一下這類腐蝕的機(jī)理。大得多，我們主要介紹一下這類腐蝕的機(jī)理。

10、 二、電化學(xué)腐蝕二、電化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕的發(fā)生是因?yàn)樵诮饘俦砻嫘纬稍S多小原電池，電化學(xué)腐蝕的發(fā)生是因?yàn)樵诮饘俦砻嫘纬稍S多小原電池，例如：純的鋅粒與硫酸反應(yīng)：例如：純的鋅粒與硫酸反應(yīng)：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2這個(gè)反應(yīng)在室溫條件下進(jìn)行得并不快，但如果硫酸中加入幾這個(gè)反應(yīng)在室溫條件下進(jìn)行得并不快，但如果硫酸中加入幾滴滴CuSO4溶液，溶液，Zn與與H2SO4的反應(yīng)會大大加快。因?yàn)椋旱姆磻?yīng)會大大加快。因?yàn)椋篫n+Cu2+ =Zn2+Cu析出的析出的Cu沉積在金屬沉積在金屬Zn表面，就構(gòu)成了原電池的正、負(fù)極。表面，就構(gòu)成了原電池的正、負(fù)極。負(fù)極：負(fù)極：2+-Zn = Zn+ 2e正極：正極：

11、 +-22H +2e = H 所以當(dāng)兩種活潑性不同的金屬放在一起，在腐所以當(dāng)兩種活潑性不同的金屬放在一起，在腐蝕性的電解質(zhì)溶液中，較活潑的金屬就會成為原電蝕性的電解質(zhì)溶液中，較活潑的金屬就會成為原電池的負(fù)極，迅速被腐蝕掉。池的負(fù)極，迅速被腐蝕掉。在腐蝕電池中：在腐蝕電池中：陽極陽極（負(fù)極）（負(fù)極）：發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)陰極陰極（正極）（正極）：發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng) 鋼鐵中的主要成分為：鋼鐵中的主要成分為：Fe、C、FeC3（滲碳體）。（滲碳體）。Fe的活的活潑性較強(qiáng)，因而當(dāng)與腐蝕性介質(zhì)接觸時(shí)，潑性較強(qiáng)，因而當(dāng)與腐蝕性介質(zhì)接觸時(shí)， Fe作陽極，作陽極，C或滲碳或滲碳體作陰極，就構(gòu)成了腐蝕

12、電池，體作陰極，就構(gòu)成了腐蝕電池，F(xiàn)e被氧化而被腐蝕。被氧化而被腐蝕。腐蝕類型：腐蝕類型：（1）析氫腐蝕：（酸性）析氫腐蝕：（酸性） 22222HeH eFeFe陰極：陰極：陽極：陽極：（2）吸氧腐蝕：（弱酸、中性）吸氧腐蝕：（弱酸、中性） OHeOHOeFeFe4422222陰陰極極：陽陽極極：一般情況下，水膜的酸性不會太強(qiáng)，所以一般情況下，水膜的酸性不會太強(qiáng)，所以一般發(fā)生的是吸一般發(fā)生的是吸氧腐蝕氧腐蝕。不管哪種腐蝕，鐵都會作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕，。不管哪種腐蝕，鐵都會作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕，只是兩種腐蝕的陰極產(chǎn)物不同而已。只是兩種腐蝕的陰極產(chǎn)物不同而已。 地下的輸油管線，因?yàn)榇┻^

13、的地段土質(zhì)不同，會發(fā)生差異充氣地下的輸油管線，因?yàn)榇┻^的地段土質(zhì)不同，會發(fā)生差異充氣腐蝕。砂土段土質(zhì)比較疏松，氧氣分壓大；粘土段氧氣不容易滲入，腐蝕。砂土段土質(zhì)比較疏松，氧氣分壓大；粘土段氧氣不容易滲入，分壓小，造成兩段處分壓小，造成兩段處 2-OOH電對的電極電勢不同：電對的電極電勢不同：22-2OO4-OHOH(O )0.059lg4(OH )ppc 22(O )(O )pp 砂砂土土粘粘土土22-OOOHOH 砂砂土土粘粘土土砂土段砂土段為為陰極：陰極：O2+2H2O+4e=4OH粘土段粘土段為為陽極：陽極：Fe=Fe2+2e所以粘土段部分的鋼管更容易被腐蝕。所以粘土段部分的鋼管更容易被

14、腐蝕。,由鐵作導(dǎo)體，也會產(chǎn)生原電池反應(yīng)。由鐵作導(dǎo)體，也會產(chǎn)生原電池反應(yīng)。-22O +2H O+2e = 4OH（3）差異充氣腐蝕：差異充氣腐蝕：由于氧氣分壓不同造成的金屬腐蝕由于氧氣分壓不同造成的金屬腐蝕，也叫縫隙腐蝕。也叫縫隙腐蝕。 了解了腐蝕發(fā)生的原理，就可以針對不同的腐蝕過程采取相了解了腐蝕發(fā)生的原理，就可以針對不同的腐蝕過程采取相應(yīng)的措施來防腐。金屬設(shè)備的防腐方法可以分為三大類：電化學(xué)應(yīng)的措施來防腐。金屬設(shè)備的防腐方法可以分為三大類：電化學(xué)防腐、覆蓋層保護(hù)、加緩蝕劑。防腐、覆蓋層保護(hù)、加緩蝕劑。三、金屬設(shè)備的防腐三、金屬設(shè)備的防腐（一）電化學(xué)防腐（一）電化學(xué)防腐1 1、犧牲陽極保護(hù)法、

15、犧牲陽極保護(hù)法 ( ( 示意圖示意圖) ) 在鋼鐵上接一塊比它更活潑（電極電勢更低）的金屬，如：在鋼鐵上接一塊比它更活潑（電極電勢更低）的金屬，如：Zn 、Mg等等，因?yàn)樗鼈儽辱F活潑，形成原電池時(shí)，這些，因?yàn)樗鼈儽辱F活潑，形成原電池時(shí)，這些活潑金屬活潑金屬就就成了原電池的負(fù)極，也就是腐蝕電池的成了原電池的負(fù)極，也就是腐蝕電池的陽極陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕；，發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕；而鋼鐵作陰極，只起導(dǎo)體作用，不會再被腐蝕。船體外殼、海底設(shè)而鋼鐵作陰極，只起導(dǎo)體作用，不會再被腐蝕。船體外殼、海底設(shè)備常用這種方法來防腐。備常用這種方法來防腐。 2 2、外加電流保護(hù)法、外加電流保護(hù)法 利用電解原理，外加

16、一個(gè)直流電源：陰極接被保護(hù)金屬，利用電解原理，外加一個(gè)直流電源：陰極接被保護(hù)金屬，陽極接廢鋼鐵。（陽極接廢鋼鐵。（ 示意圖）示意圖） 陰極：陰極：-22O +2H O+4e = 4OH陽極：陽極：2+-Fe = Fe+2e強(qiáng)制性地讓被保護(hù)金屬作陰極，而廢鋼鐵作陽極被腐蝕。強(qiáng)制性地讓被保護(hù)金屬作陰極，而廢鋼鐵作陽極被腐蝕。這種方法主要用于土壤、水體中的金屬設(shè)備的防腐。這種方法主要用于土壤、水體中的金屬設(shè)備的防腐。 在腐蝕介質(zhì)中加入少量緩蝕劑，會減小腐蝕速率，達(dá)在腐蝕介質(zhì)中加入少量緩蝕劑，會減小腐蝕速率，達(dá)到防腐目的。緩蝕劑法的優(yōu)點(diǎn)是：使用方便，見效快。到防腐目的。緩蝕劑法的優(yōu)點(diǎn)是：使用方便，見效

17、快。 緩蝕劑可分為無機(jī)和有機(jī)兩類緩蝕劑可分為無機(jī)和有機(jī)兩類: : 無機(jī)緩蝕劑主要有無機(jī)緩蝕劑主要有鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽和碳酸鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽和碳酸氫鹽氫鹽等，起作用的機(jī)理是在金屬表面形成起保護(hù)作用的氧等，起作用的機(jī)理是在金屬表面形成起保護(hù)作用的氧化膜或沉積物。化膜或沉積物。 無機(jī)緩蝕劑通常在中性或弱堿性條件下使用，效率較無機(jī)緩蝕劑通常在中性或弱堿性條件下使用，效率較低，故使用較多的是有機(jī)緩蝕劑。低，故使用較多的是有機(jī)緩蝕劑。有機(jī)緩蝕劑通常為含有機(jī)緩蝕劑通常為含N、S、O的有機(jī)物的有機(jī)物，常用的有機(jī)緩蝕劑有常用的有機(jī)緩蝕劑有苯胺、烏洛托品苯胺、烏洛托品( (六六次甲基四胺次甲基四胺)

18、 )、硫脲、若丁、硫脲、若丁( (主要組分為二鄰苯甲基硫脲主要組分為二鄰苯甲基硫脲高效酸洗緩蝕劑高效酸洗緩蝕劑) )、尿素、尿素等。等。返回（二）加緩蝕劑（二）加緩蝕劑 （三）覆蓋層保護(hù)法（三）覆蓋層保護(hù)法 在金屬表面使用覆蓋層是保護(hù)金屬免遭腐蝕的最普遍和最重要的在金屬表面使用覆蓋層是保護(hù)金屬免遭腐蝕的最普遍和最重要的方法之一。覆蓋層的作用是將金屬和環(huán)境隔絕開來，常用的幾種覆蓋方法之一。覆蓋層的作用是將金屬和環(huán)境隔絕開來，常用的幾種覆蓋層有：層有： 1. 鍍層鍍層 2. 涂層涂層 3. 襯里襯里在金屬表面電鍍或噴鍍上一層抗腐蝕性強(qiáng)的金屬，如在金屬表面電鍍或噴鍍上一層抗腐蝕性強(qiáng)的金屬，如Cr。常用的涂料有防腐漆、樹脂及瀝青等。常用的涂料有防腐漆、樹脂及瀝青等。 在金屬器皿內(nèi)表面襯上一層抗腐蝕性好的物質(zhì)，如鉻鋼層、在金屬器皿內(nèi)表面襯上一層抗腐蝕性好的物質(zhì)，如鉻鋼層、玻璃、