材料腐蚀和防护金属的电化学腐蚀省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、 主要内容主要内容电化学腐蚀腐蚀原电池电极与电极电位标准电极定位及电动序-奈恩斯特(Nernst)方程式电极电位测定电化学反应热力学条件电位-PH图第三章第三章 金属电化学腐蚀金属电化学腐蚀第1页金属腐蚀本质:(按相互作用性质)腐蚀类型分为:化学腐蚀化学腐蚀:金属与非电解质发生化学反应,氧化和还原在同一 反应点瞬间同时完成;电化学腐蚀电化学腐蚀:金属与电解质发生电化学反应,氧化和还原相对 独立且在金属表面不一样区域进行;第一节第一节 电化学腐蚀电化学腐蚀第2页第3页第二节第二节 腐蚀原电池腐蚀原电池2.1 2.1 腐蚀原电池模型腐蚀原电池模型物理学中要求,电流方向:电位高(正极)电位低(负极)
2、(即图中是电流方向是从cu片流向Zn片);电子流动方向则相反:电位低(负极)电位高(正极)腐蚀学中通常要求:电位较低电极为阳极,电位较高电极为阴极。第4页原电池中将发生以下电化学反应原电池中将发生以下电化学反应:阳极反应:阴极反应:电池总反应:这么电池在讨论腐蚀问题时称作腐蚀原电池,简称腐蚀电池。腐蚀电池与原电池区分腐蚀电池与原电池区分仅在于:原电池是能够把化学能转变为电能,作出有用功装置。而腐蚀电池是只能造成金属破坏而不能对外做有用功短路电池。第5页2.2 2.2 腐蚀电池基本过程腐蚀电池基本过程腐蚀电池工作基本过程以下:(1)阳极过程:金属溶解,以离子形式迁移到溶液中,同把当量电子留在金属
3、上。(2)电流通路:电流在阳极和阴极间流动是经过电子导体和离子导体来实现,电子经过电子导体(金属)从阳极迁移到阴极,溶液中阳离子从阳极区移向阴极区,阴离子从阴极区向阳极区移动。(3)阴极过程;从阳极迁移过来电子被电解质溶液中能吸收电子物质(D)接收。第6页其中:阳极和阴极两个过程在相当程度上独立而又相互依存过程。次生反应和次生产物次生反应和次生产物概念:从阳极区扩散过程来金属离子和从阴极区迁移来氢氧根离子相遇形成氢氧化物沉淀产物,称这种产物为次生产物,形成次生产物过程为次生反应。如:Zn(OH)2第7页电化学腐蚀电化学腐蚀:一个放出电子氧化反应(金属原子被氧化)和一个吸收电子还原反应(氧化剂被
4、还原),相对独立而又同时完成腐蚀过程。阳极反应:金属氧化反应,即金属放出自由电子成为阳离子反应;阴极反应:接收电子还原反应。阳极区:金属上发生阳极反应区域;阴极区:发生阴极反应区域。第8页2.3 宏观和微观腐蚀原电池依据组成腐蚀电池电极大小,可把腐蚀电池分成两大类:宏观腐蚀电池 微观腐蚀电池宏观腐蚀电池宏观腐蚀电池 肉眼可分辨出电极极性电池为宏观电池。经典宏观电池有三种:1)不一样金属浸在不一样电解质溶液中,如丹聂尔电池丹聂尔电池。2)不一样金属与同一电解质溶液组成腐蚀电池。3)同一个金属浸入同一个电解质溶液中,当局部浓度(或温度)不一样时,组成腐蚀电池,通常称为浓差电池浓差电池。第9页微观腐
5、蚀电池微观腐蚀电池因为金属表面电化学不均匀性,在金属表面上微小区域或局部区域存在电位差,这么形成腐蚀电池即为微微观腐蚀电池观腐蚀电池。微观腐蚀电池主要有以下几个:(1)金属化学成份不均匀;(2)金属组织结构不均匀;(3)金属表面物理状态不均匀;(4)表面膜不完整。第10页第11页3.1 双电层双电层金属与溶液界面特征金属浸入电解质溶液内,其表面原子与溶液中极性水分子、电解质离子相互作用,使界面金属和溶液侧分别形成带有异性电荷双电层。双电层模式随金属、电解质溶液性质不一样,普通有三种类型:第三节第三节 电极与电极电位电极与电极电位第12页(a)金属离子和极性水分子之间水化力大于金属离子与电子之间
6、结协力,离子水化能超出了晶格上键能。如,许多负电性较强金属,Zn、Mg、Fe等浸入水、酸、碱、盐溶液中将形成这类双电层。(b)金属离子和极性水分子之间水化力小于金属离子与电子之间结协力,离子水化能小于晶格上键能。通常比较不活波金属浸在含有浓度较高正电性较强金属离子溶液中,将形成这类双电层。比如:铂浸在铂盐溶液中,铜浸在铜盐溶液中等等。(c)金属离子不能进入溶液,溶液中金属离子也不能沉积到金属表面。此时可能出现另一个双电层,依靠吸附溶解在溶液中气体而形成双电层。如铂浸在溶有氧中性溶液中,氧分子被吸附在铂表面,并离解为原子,再得到铂表面电子成为负电荷离子,O22O;2O+4e-2O2-第13页双电
7、层特点双电层特点:(1)双电层分处不一样两相-金属相(电子导体相)和电解质溶液(离子导体相)中;(2)双电层内层有过剩电子或阳离子;(3)双电层如同微型电容器。第14页3.2 电极电极定义:电子导体与离子导体组成体系。电极可分为单电极和多重电极。单电极是指在电极相界面上只发生唯一电极反应,而多重电极则可能发生多个电极反应。3.3 电极电位电极电位 金属与溶液界面上进行电化学反应称为电极反应电极反应。电极反应造成在金属和溶液界面上形成双电层,双电层两侧电位差,即为电极电位电极电位,也称为绝对电极电位绝对电极电位。电极电位物理意义:表征了金属以离子状态投入溶液倾向性大小,电极电位越负金属以离子状态
8、投入溶液倾向越大。第15页1)平衡电极电位平衡电极电位和和非平衡电极电位非平衡电极电位 当金属电极上只有唯一一个电极反应,而且该反应处于动态平衡,即金属溶解速度等于金属离子沉积速度,则建立起以下电化学平衡:此时电极取得了一个不变电位值,通常称该电位值为平平衡电极电位衡电极电位。平衡电极电位是可逆电极电位可逆电极电位即该过程物质交换和电荷交换都是可逆。平衡电极电位E可用奈恩斯特(Nernst)公式计算 第16页 当金属电极上同时存在两个或两个以上不一样物质参加电化学反应时,电极上不可能出现物质交换与电荷交换均到达平衡情况,这种情况下电极电位称为非平衡电极电位非平衡电极电位,或不可逆电极电位不可逆
9、电极电位。如:铁或锌在稀盐酸中。注意:注意:非平衡电极电位不能用奈思斯特公式计算,只能由试验测定。第17页非平衡电极电位影响原因:非平衡电极电位影响原因:非平衡电极电位与1)电解质种类电解质种类相关;另:2)溶液浓度、3)温度、4)流速及5)金属表面状态 第18页2 2)标准电极电位标准电极电位 标准电极电位是是指参加电极反应物质都处于标准状态,即25,离子活度为1,分压为1105Pa时测得平衡电极电位(氢标电极为参比电极)。标准电极电位也可用奈思斯特公式奈思斯特公式计算。第19页将各种金属标准电极电位按大-小从负到正排列,即为金属电动序。电动序意义:表征了金属以离子状态进入溶液倾向大小。第2
10、0页3)参比电极参比电极参比电极:用一个电位较稳定电极作为基准,来测量任一电极电位相对值。惯用参比电极有以下几个:(1)标准氢电极;)标准氢电极;(2)铜铜/硫酸铜电极;硫酸铜电极;(3)甘汞电极;)甘汞电极;(4)银)银氯化银电极氯化银电极;第21页气体电极平衡电位气体电极平衡电位氢电极:将铂浸入酸性溶液中,不停地向溶液内通入氢气,于是铂表面上会吸附氢气。这些吸附氢与溶液中氢离子之间就会发生H2-2H+2e及2H+2e-H2反应。反应中放出或吸收电子均由金属铂收存或供给。当反应到达动态平衡时,铂与溶液界面上形成稳定双电层,并有一个对应稳定电位。金属铂只是氢电极载体作用或者说是个惰性电极。不但
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