腐蚀原电池与电位pH图讲义

腐蚀原电池——腐蚀动力学基础要点回顾——电极电位与电化学位•电极电位：金属浸于电解质溶中时，在金属的表面与溶液间产生的电位差金属离子在不同相内的电化学位不同•电化学位（类似于化学势）：1mol带正电荷的金属离子进入某物相时引起的体系吉布斯自由能的变化与其所做的电功之和要点回顾——电极电位的测量与计算•标准电极电位：在室温下（298.15K），当待测电极的所有反应物质活度为1时，待测电极相对于标准氢电极的电位差值，在数值上会等于该待测电极与标准氢电极组成的电池的电动势。•计算方法：能斯特方程式标准电极电位实际状态下的电极电位R：摩尔气体常数T：温度，开尔文温度F：法拉第常数a：活度要点回顾——电化学腐蚀倾向判断•判据:当金属的电极电位更低时才会发生腐蚀（金属为腐蚀阳极，即负极）•金属自发腐蚀•平衡状态•金属不会自发腐蚀•铜在无氧酸和含氧酸中的腐蚀情况•负极反应：•正极反应：•因为，所以铜在无氧酸中不会自发腐蚀•因为所以铜在含氧酸中会自发腐蚀一般情况下可以直接用标准电极电位进行判断原电池•定义：将化学能直接转变成电能的装置•原理：由于两个电极体系之间的电极电位不一样，从而产生电势差，使电子流动产生电流。•组成四要素：阳极、阴极、电解质溶液、传输电子的导体腐蚀电池•定义：只是导致金属材料破坏而不能对外界作有用功的短路原电池HCl溶液ZnCuKZnCuHCl溶液CuCuCuZn和Cu通过导线连接Zn和Cu直接接触(短路)Cu作为杂质分布在Zn的表面极端模式•原电池中的金属(阳极)是否发生了腐蚀？是•腐蚀电池是否应具备组成四要素？是ZnCuHCl溶液Zn和Cu直接接触(短路)•原电池与腐蚀原电池中金属发生腐蚀的必要条件：溶液中存在可以使金属发生氧化反应的物质，且这种物质相应的电极电位必须高于金属的电极电位•例如在左边的腐蚀电池中：所以Zn被盐酸腐蚀HCl溶液ZnCu无氧腐蚀？Zn？Cu？Zn发生腐蚀Cu不会发生腐蚀化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀的区别•化学腐蚀：发生氧化还原的物质直接接触，电子转移直接在氧化剂和还原剂之间进行，即氧化还原不可分，没有电极反应，只能写成常规化学反应式。Zn+2HCl=ZnCl2+H2•电化学腐蚀：腐蚀电池四个部分同时存在，使得阴极过程和阳极过程可以在不同区域内同时进行，通常写成电极反应式的形式阳极：Zn–2e=Zn2+阴极：2H++2e=H2HCl溶液ZnCuZnCuHCl溶液腐蚀电池的腐蚀过程•阳极反应：Fe–2e=Fe2+（Fe溶解）•阴极过程：2H++2e=H2Fe+2H+=Fe2++H2FeCuHCl溶液渗碳体铁•阳极反应：2Fe–4e=2Fe2+•阴极过程：O2+2H2O+4e=4OH-2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2钢铁在潮湿的空气电子的传输过程离子的转移过程金属产生腐蚀电池的原因•金属方面环境方面•成分不均匀金属离子浓度差异•组织结构不均匀氧含量的差异•表面状态不均匀温度差异•应力和形变不均匀•热处理差异腐蚀电池形成原因举例(a)不同金属组合(b)金属中含杂项©表面状态不同（d）应力及形变差异（e）氧浓度差异（f）金属离子浓度差异渗碳体铝钢铁新管道新管道应力集中砂土粘土铜铜表面状态不同缝内Cu2+浓度比缝外高腐蚀电池的种类•宏观电池：指阳极区和阴极区的尺寸较大，区分明显，肉眼可辩。•微观电池：指阳极区和阴极区尺寸较小，肉眼不可分辨。FeCuHCl溶液渗碳体铁钢铁在潮湿的空气宏观电池分类•Daniel电池：不同金属与其对应电解质溶液组成•电偶电池：不同金属与同一种电解质溶液组成•浓差电池：由于电解质溶液浓度不同造成电极电位不同而形成的•温差电池：由于浸入电解质溶液的金属的各个部分处于温度不同的环境造成的电极电位不同引起的Daniel电池电偶电池浓差电池温差电池自制太阳能电池微观电池分类•由金属表面化学成分不均引起•由金属组织结构不均引起•由金属表面物理状态不均引起•由金属表面膜不完整引起由金属表面化学成分不均引起晶间腐蚀应力腐蚀由表面薄膜破损引起的腐蚀Zn2+（aq）Zn（s）Zn（OH）2HZnO21-ZnO22-φpH电位-pH图及其应用定义：以电位为纵坐标、pH为横坐标描绘腐蚀电池体系中各种反应的平衡条件图20世纪40年代末，比利时人普巴(M．Pourbaix)所创电位-pH图的三种形式pHpHpH化学反应与酸度无关与酸度有关的电极反应氢电极与氧电极的电位-pH图pH01.2014氢电极氧电极pH01.2014H2稳定区O2稳定区H2O稳定区当体系中的阳极电位落在H2稳定区时，将有可能还原水中的氢而释放出H2当体系中的阴极电位落在O2稳定区时，将有可能氧化水中的氧而释放出O2铜在有氧酸中时由于电位落在此处区域，低于氧的平衡电位，因此将还原O2为H2OpH01.2014H2稳定区O2稳定区H2O稳定区在氧化还原反应中，电极电位高的氧化态和电极电位低的还原态可以发生反应2H2+O2=2H2O电位-pH图的绘制•列出体系中所有可能存在的物质•写出各有关物质之间发生的反应方程式•写出各反应的平衡关系式（能斯特式）**能斯特式中出现的可根据相应的手册查得•做出各反应的电位-pH图并汇总电位-pH图的应用•判断金属在指定条件下的腐蚀倾向：稳定区、腐蚀区或者钝化区•通过电位-pH图的分析得出适当的防止金属腐蚀的方法**阴极保护法**阳极保护法（必须使金属处于钝化状态）**调整体系的pH值人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。