第三章氧化还原与PPT讲稿.ppt

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1、第三章氧化还原与第1页，共60页，编辑于2022年，星期二学习要求学习要求1.掌握电池符号的书写。掌握电池符号的书写。2.了解电极电势产生的原理。了解电极电势产生的原理。3.掌握电池电势的计算及电池电势与摩尔吉布斯函数变的关掌握电池电势的计算及电池电势与摩尔吉布斯函数变的关系。系。4.掌握能斯特方程及其应用。掌握能斯特方程及其应用。5.掌握电极电势的应用。掌握电极电势的应用。6.掌握电解池的组成及电极反应。掌握电解池的组成及电极反应。7.掌握电解产物的一般规律。掌握电解产物的一般规律。8.掌握金属的腐蚀及防护。掌握金属的腐蚀及防护。第2页，共60页，编辑于2022年，星期二3.1原电池和电极电

2、势原电池和电极电势3.1.1原电池原电池铜锌原电池装置铜锌原电池装置工作状态的化学电池同时发生三个过程：工作状态的化学电池同时发生三个过程：两个电极表面分别发生氧化反应和还原反应两个电极表面分别发生氧化反应和还原反应 电子流过外电路电子流过外电路 离子流过电解质溶液离子流过电解质溶液构成：铜半电池构成：铜半电池(铜电极铜电极)锌半电池锌半电池(锌电极锌电极)第3页，共60页，编辑于2022年，星期二 作用：作用：让溶液始终保持电中性让溶液始终保持电中性,使电极反应得以继续进行使电极反应得以继续进行 消除原电池中的液接电势（或扩散电势）消除原电池中的液接电势（或扩散电势）通常内盛饱和通常内盛饱和

3、 KCl 溶液或溶液或 NH4NO3 溶液溶液(以琼胶作以琼胶作成冻胶成冻胶)。盐桥盐桥(Salt bridge)第4页，共60页，编辑于2022年，星期二原电池的表示方法原电池的表示方法(一一)Zn(s)ZnSO4(c1)CuSO4(c2)Cu(s)(+)界面界面 c1 盐桥盐桥 c2 界面界面Zn+Cu2+=Zn2+CuCu2+/Cu ，Zn2+/Zn 称为氧化还原电对，氧化态和还原态成共称为氧化还原电对，氧化态和还原态成共轭关系。轭关系。共轭关系可用半反应式表示：共轭关系可用半反应式表示：氧化态氧化态还原态还原态还原态还原态氧化态氧化态第5页，共60页，编辑于2022年，星期二常见电极种

4、类常见电极种类(1)金属与其盐溶液，例金属与其盐溶液，例Cu I Cu2+,Zn I Zn2+(2)同一金属的不同价态的离子，例同一金属的不同价态的离子，例(Pt)IFe3+,Fe2+电极反应为：电极反应为：Fe3+e-=Fe2+(1)(3)非金属单质及其离子，例非金属单质及其离子，例(Pt)ICl2/Cl-,(Pt)IH2/H+第6页，共60页，编辑于2022年，星期二电极反应的书写电极反应的书写氧化态氧化态+电子电子=还原态还原态注意：方程式两边质量守恒，电荷守恒，有时，注意：方程式两边质量守恒，电荷守恒，有时，H+,OH-参与电参与电极反应，应该写入电极反应，并以极反应，应该写入电极反应

5、，并以H2O平衡。例：平衡。例：Cr2O72-+14H+6e-=2Cr3+7H2O电池反应的书写电池反应的书写正负电极反应加和正负电极反应加和注意：氧化剂与还原剂得失电子总数相等注意：氧化剂与还原剂得失电子总数相等例：例：Sn4+2e-=Sn2+（负极）（负极）,2Fe3+2 e-=2Fe2+（正极）（正极）Sn2+2Fe3+=Sn4+2Fe2+第7页，共60页，编辑于2022年，星期二M活泼活泼:溶解溶解 沉积沉积 稀稀-+-3.1.2 电极电势的产生电极电势的产生(The formation of electrode potential)双电层理论双电层理论M不活泼不活泼:沉积沉积 溶解溶

6、解+-浓浓溶解溶解沉淀沉淀1.第8页，共60页，编辑于2022年，星期二2.标准电极电势标准电极电势电极电势的大小不仅与电极的本性有关，而且与溶液的浓度、温度有电极电势的大小不仅与电极的本性有关，而且与溶液的浓度、温度有关，为了比较不同电极电势的大小，人们提出标准电极电势，即标准关，为了比较不同电极电势的大小，人们提出标准电极电势，即标准态下的电极电势，符号：态下的电极电势，符号：。标准态：相关离子的浓度为标准态：相关离子的浓度为1mol dm-3（H+或或OH-参与电极反应，参与电极反应，浓度也为浓度也为1mol dm-3），气体的分压为），气体的分压为1个标准大气压，固体和液体为个标准大气

7、压，固体和液体为纯态。纯态。金属与金属离子电极：金属离子为浓度是金属与金属离子电极：金属离子为浓度是1mol dm-3的溶液，此的溶液，此时的电极为标准电极。时的电极为标准电极。(Mn+/M).非金属电极：例：非金属电极：例：(Pt)ICl2/Cl-，Cl2的分压为的分压为1个标准大气压，个标准大气压，Cl-的的浓度为浓度为 1mol dm-3。（Cl2/Cl-).第9页，共60页，编辑于2022年，星期二标准电极电势的测得标准电极电势的测得 事实上事实上,标准电极电势的绝对值是无法测定的。于是建立了标准标准电极电势的绝对值是无法测定的。于是建立了标准氢电极。氢电极。表示为表示为:H+H2(g

8、)Pt第10页，共60页，编辑于2022年，星期二(4)标准电极电势的测定标准电极电势的测定 对对由由标标准准锌锌电电极极与与标标准准氢氢电电极极构构成成的的电电化化学学电电池池，其其电电池表示式为池表示式为:Zn|Zn2+(1moldm-3)|H3O+(1moldm-3)|H2(1105Pa)Pt 实验测得电池的电动势为实验测得电池的电动势为0.763V，即即 0.763 V=0 VE(Zn2+/Zn)E(Zn2+/Zn)0.763 V第11页，共60页，编辑于2022年，星期二半反应半反应半反应半反应E(Ox/Red)E(Ox/Red)298 K时时酸酸性性水水溶溶液液中中一一些些常常用用

9、的的标标准准电电极极电电势势第12页，共60页，编辑于2022年，星期二表中电对按表中电对按E(Ox/Red)代数值由大到小的顺序排列。代数值由大到小的顺序排列。E(Ox/Red)代代 数数 值值 越越 大大，正正 向向 半半 反反 应应 进进 行行 的的 倾倾 向向 越越 大大，即即 氧氧 化化 型型 的的 氧氧 化化 性性 越越 强强；E(Ox/Red)代代 数数 值越小值越小,正向半反应进行的倾向越小正向半反应进行的倾向越小,或者说逆向半或者说逆向半 反应进行的倾向越大，即还原型的还原性越强反应进行的倾向越大，即还原型的还原性越强。上。上 表中的最强氧化剂和还原剂表中的最强氧化剂和还原剂

10、分别为分别为F2和和K。(5)标准电极电势表标准电极电势表表中的半反应均表示为还原过程：表中的半反应均表示为还原过程：氧化型氧化型n n e e 还原型还原型第13页，共60页，编辑于2022年，星期二 一些电对的一些电对的 Eq q与介质的酸碱性有关与介质的酸碱性有关,因此有因此有 表和表和 表之表之分。分。对同一电对而言，氧化型的氧化性越强，还原型的还对同一电对而言，氧化型的氧化性越强，还原型的还 原性就越弱，反之亦然。原性就越弱，反之亦然。一一个个电电对对的的还还原原型型能能够够还还原原处处于于该该电电对对下下方方任任何何一一个个 电电对对的的氧氧化化型型。这这是是能能从从表表中中获获得

11、得的的最最重重要要的的信信息息之之 一一，其其实实质质是是氧氧化化还还原原反反应应总总是是由由强强氧氧化化剂剂和和强强还还原原 剂剂 向向 生生 成成 弱弱 还还 原原 剂剂 和和 弱弱 氧氧 化化 剂剂 的的 方方 向向 进进 行行。电极电势无加电极电势无加和性，具有强和性，具有强度性质。度性质。第14页，共60页，编辑于2022年，星期二3.2电池电动势和电池反应的摩尔吉布斯函数变的关系电池电动势和电池反应的摩尔吉布斯函数变的关系恒温恒压过程中，体系吉布斯函数变的减少等于体系对恒温恒压过程中，体系吉布斯函数变的减少等于体系对外所做的最大有用功。对原电池来说即指电功。外所做的最大有用功。对原

12、电池来说即指电功。-rG=WEWE=Q EQ=zF所以-rG=WE=Q E=zEF标准态下：rG0=-zE0F3.2.1 E与与 G的关系的关系第15页，共60页，编辑于2022年，星期二例例3.1已知铜锌原电池的标准电池电势为已知铜锌原电池的标准电池电势为1.1037v，计算原，计算原电池得到摩尔吉布斯函数变。电池得到摩尔吉布斯函数变。解：电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+Cu因为1molCu2+参与反应，转移的电子数为2mol，即n=2第16页，共60页，编辑于2022年，星期二3.2.2浓度对电池电势的影响浓度对电池电势的影响对任一反应对任一反应 Aa+Bb=cC+d D第17页，共6

13、0页，编辑于2022年，星期二3.2.3 浓度对电极电势的影响浓度对电极电势的影响-能斯特方程能斯特方程 实实际际体体系系中中各各物物质质不不可可能能都都处处于于标标准准态态浓浓度度,用用非非标标准准态态条条件件下下的的电电动动势势为为判判据据才才能能得得到到正正确确的的结结论论。能能斯斯特特方方程程(Nernst equation)表表达达了了浓浓度度对对电电动动势势(包包括括电电池池电电动势和电极电势动势和电极电势)的影响。的影响。德国化学家德国化学家W.能斯特能斯特第18页，共60页，编辑于2022年，星期二能斯特方程表达式能斯特方程表达式氧化态+z e-还原态注注:1 1、a a、b

14、b的值半反应式中相应的系数的值半反应式中相应的系数2 2、若组成氧化还原电极的某物质是固体或纯液体，则不列入、若组成氧化还原电极的某物质是固体或纯液体，则不列入、若组成氧化还原电极的某物质是固体或纯液体，则不列入、若组成氧化还原电极的某物质是固体或纯液体，则不列入方程式，若为气体，则用分压表示方程式，若为气体，则用分压表示方程式，若为气体，则用分压表示方程式，若为气体，则用分压表示。室温下室温下3、若电极反应中有、若电极反应中有H+、OH-参与，这些离子的浓度应根据反应列参与，这些离子的浓度应根据反应列入方程式中。入方程式中。第19页，共60页，编辑于2022年，星期二例例3.2 计算锌离子浓

15、度为计算锌离子浓度为0.001 mol dm-3溶液中锌电极的电溶液中锌电极的电极电势（极电势（298.15K）解：Zn2+2e-=Zn已知c(Zn2+)=0.001 mol dm-3,还原态为固态，查表得还原态为固态，查表得(Zn2+/Zn)=-0.7618v,带入能斯特方程得第20页，共60页，编辑于2022年，星期二例例3.3讨论中性溶液中讨论中性溶液中H+/H2的电极电势（的电极电势（298.15K,p(H2)=100.0kPa)解：解：2H+2e-=H2C(H+)=1.0X10-7 mol dm-3查表得：查表得：(H+/H2)=0.00v,带入能斯特方程得带入能斯特方程得第21页，

16、共60页，编辑于2022年，星期二例例3.4计算计算OH-离子浓度为离子浓度为0.1 mol dm-3时，时，O2/OH-的电极电势（的电极电势（298.15K,p(O2)=100.0kPa)解：解：O2 +2H2O +4e-=4 OH-n=4已知已知c(OH-)=0.1 mol dm-3,p(O2)=100.0kPa查表得：查表得：(O2/OH-)=0.401v,带入能斯特方程得带入能斯特方程得第22页，共60页，编辑于2022年，星期二例例3.5当当c(H+)=10 mol dm-3时，计算时，计算Cr2O72-/Cr3+电对的电对的电极电势（其他条件均为标准态）电极电势（其他条件均为标准

17、态）解：解：Cr2O72-+14H+6e-=2Cr3+7H2O n =6 查表得：查表得：(Cr2O72-/Cr3+)=1.232v,带入能斯特方程得带入能斯特方程得第23页，共60页，编辑于2022年，星期二3.3电极电势和原电池的应用电极电势和原电池的应用（1）确定金属的活动性顺序确定金属的活动性顺序（2）计算原电池的电动势计算原电池的电动势（3）判断氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化剂和还原剂的相对强弱（4）判断氧化还原反应进行的方向判断氧化还原反应进行的方向（5）选择合适的氧化剂和还原剂选择合适的氧化剂和还原剂（6）判断氧化还原反应进行的次序判断氧化还原反应进行的次序（7）求平衡常数求平

18、衡常数（8）求溶度积常数求溶度积常数（9）估计反应进行的程度估计反应进行的程度第24页，共60页，编辑于2022年，星期二1.判断原电池的正负极，计算电池电势判断原电池的正负极，计算电池电势负极：电极电势代数值较小的电极。负极：电极电势代数值较小的电极。正极：电极电势代数值较大的电极。正极：电极电势代数值较大的电极。电池电势电池电势E=正极电势正极电势-负极电势负极电势注：标准态下，直接查表比较。非标准态下，要根注：标准态下，直接查表比较。非标准态下，要根据能斯特方程计算出电极电势，再来比较。据能斯特方程计算出电极电势，再来比较。第25页，共60页，编辑于2022年，星期二例例3.6判断下列原

19、电池的正负极，并计算判断下列原电池的正负极，并计算E.电池符号：电池符号：Zn(S)IZn2+(0.001mol dm-3)IIZn2+(1.0 mol dm-3)IZn(s)解：根据能斯特方程，当解：根据能斯特方程，当c(Zn2+)=0.001mol dm-3)时：时：电池电势：电池电势：第26页，共60页，编辑于2022年，星期二2 判断氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化剂和还原剂的相对强弱 显然，下面电对的氧化态可以氧化上面电对的还原态，有人把显然，下面电对的氧化态可以氧化上面电对的还原态，有人把它叫作它叫作对角线规则对角线规则。氧化态氧化态 +ne-还原态还原态 Eq q/V-3.045

20、-0.763 0.000 0.337 1.36 2.87Li+e-LiZn2+2e-Zn 2H+2e-H2Cu2+2e-Cu Cl2+2e-2Cl-F2+2e-2F-氧氧化化态态的的氧氧化化性性增增强强还还原原态态的的还还原原性性增增强强第27页，共60页，编辑于2022年，星期二3.判断氧化还原反应进行的方向判断氧化还原反应进行的方向例：判断标准态下，下列反应能否发生例：判断标准态下，下列反应能否发生2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+查表得：查表得：说明说明Fe3+的氧化能力大于的氧化能力大于Sn4+，上述反应可以反生。，上述反应可以反生。若组装成原电池，电池符号为：若组装成原电池，电池

21、符号为：（-）（）（Pt)I Sn4+,Sn2+IIFe3+,Fe2+I(Pt)(+)自发反应进行的方向：较强的氧化剂与较强的还原剂反应生成自发反应进行的方向：较强的氧化剂与较强的还原剂反应生成较弱的氧化剂与较弱的还原剂较弱的氧化剂与较弱的还原剂第28页，共60页，编辑于2022年，星期二热力学上分析氧化还原反应进行的方向：热力学上分析氧化还原反应进行的方向：恒温恒压下，化学反应进行的方向：恒温恒压下，化学反应进行的方向：G0反应正反应正向自发。向自发。G=-nEF即：即：-nEF0即：即：注意：非标准态下，要根据能斯特方程计算出电极电势，再来比较。注意：非标准态下，要根据能斯特方程计算出电极

22、电势，再来比较。第29页，共60页，编辑于2022年，星期二例例3.7试判断试判断Pb2+Sn=Pb+Sn2+，c(Pb2+)=0.1mol dm-3，c(Sn2+)=1.0 mol dm-3时反应能否自发向右进行？时反应能否自发向右进行？解：查表：解：查表：根据能斯根据能斯特方程计特方程计算得：算得：假设反应能够自发向右进行，假设反应能够自发向右进行，说明反应不能自发向右进行，而是逆向进行。说明反应不能自发向右进行，而是逆向进行。第30页，共60页，编辑于2022年，星期二电极电势代数值较小的还原态物质可以还原电极电势代数电极电势代数值较小的还原态物质可以还原电极电势代数值较大的氧化态。值较

23、大的氧化态。电极电势代数值较大的氧化态物质可以氧化电极电电极电势代数值较大的氧化态物质可以氧化电极电势代数值较小的还原态物质。势代数值较小的还原态物质。电极电势代数值差别越大的氧化还原反应越容易发生，电极电势代数值差别越大的氧化还原反应越容易发生，而且优先发生。而且优先发生。第31页，共60页，编辑于2022年，星期二4判断氧化还原反应进行的程度判断氧化还原反应进行的程度电电化化学学电电池池达达到到平平衡衡时时电电池池不不再再产产生生电电流流(E池池 0 V),对对实实用用电电化化学学电电池池而而言言,平平衡衡状状态态则则意意味味着着电电池池耗耗尽尽.由由于平衡状态下于平衡状态下所以rG0=-

24、RT ln K0=-2.303RT lgK0rG 0 =-n FE0-n FE0=-2.303RT lgK0第32页，共60页，编辑于2022年，星期二求下列反应在求下列反应在298 K时的平衡常时的平衡常Kq q Zn+Cu2+(1.0 mol/L)=Zn2(1.0mol/L)+Cu第33页，共60页，编辑于2022年，星期二3.3.2化学电源化学电源实用电池的条件：实用电池的条件：1.电池反应要迅速，具备一定的电压，并且整个电池在工作电池反应要迅速，具备一定的电压，并且整个电池在工作中，均能保持恒定值。中，均能保持恒定值。2.电池寿命要长，体积小，使用方便。电池寿命要长，体积小，使用方便。

25、3.电池要坚固，易于携带，若能再次充电，效益更大。电池要坚固，易于携带，若能再次充电，效益更大。4.要价廉。要价廉。第34页，共60页，编辑于2022年，星期二介绍几种常用的电池：介绍几种常用的电池：（1）镉）镉-镍蓄电池（碱性电池）镍蓄电池（碱性电池）电池符号电池符号(-)Cd I KOH(20%)I Ni(OH)3 I C(+)负极反应：负极反应：Cd+2OH-=Cd(OH)2+2e-正极反应：正极反应：2Ni(OH)3+2e-=2Ni(OH)2+2OH-电池反应：电池反应：Cd+2Ni(OH)3=Cd(OH)2+2Ni(OH)2 特点：重量轻，体积小，抗震性好，坚固耐用，特点：重量轻，体

26、积小，抗震性好，坚固耐用，应用：工业，小型电子器件。应用：工业，小型电子器件。第35页，共60页，编辑于2022年，星期二(2)锂-锰电池电池符号电池符号(-)Li I LiClO4 I MnO2 I C(+)负极反应：负极反应：Li=Li+2e-正极反应：正极反应：MnO2+Li+2e-=LiMnO2电池反应：电池反应：Li+MnO2=LiMnO2 特点：高能电池特点：高能电池应用：无线电通信设备、大规模及超大规模集成电路、电子应用：无线电通信设备、大规模及超大规模集成电路、电子计算机、录音机、照相机、助听器、测试仪等。计算机、录音机、照相机、助听器、测试仪等。第36页，共60页，编辑于20

27、22年，星期二（3）燃料电池（氢氧燃料电池）燃料电池（氢氧燃料电池）电池符号电池符号(-)C I H2 I KOH(30%)I O2I C(+)负极反应：负极反应：2H2+4OH-=4H2O+4e-正极反应：正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-电池反应：电池反应：2H2+O2=2H2O 特点特点：高效：高效第37页，共60页，编辑于2022年，星期二3.4 电解及其应用电解及其应用电解：使电流通过电解质溶液而引起的氧化还原反应过程电解：使电流通过电解质溶液而引起的氧化还原反应过程称为电解。称为电解。能量转化：电能转化为化学能。能量转化：电能转化为化学能。电解池：电能转化为化学能的装置。电

28、解池：电能转化为化学能的装置。阳极：跟电源正极相连的一极。阳极：跟电源正极相连的一极。反应：反应：2Cl-2e-=Cl2阴极：跟电源的负极相连的一极。阴极：跟电源的负极相连的一极。反应：反应：Cu2+2e-=Cu第38页，共60页，编辑于2022年，星期二3.4.2分解电压分解电压分解电压分解电压：电解时，外电源对电解池两极所施加的电压必须高：电解时，外电源对电解池两极所施加的电压必须高于一定的数值时，电流才能通过电解液，使电解顺利进行，能于一定的数值时，电流才能通过电解液，使电解顺利进行，能使电解顺利进行的最低电压称作分解电压。使电解顺利进行的最低电压称作分解电压。理论分解电压理论分解电压：

29、电解时，两极的电解产物又组成一个原电池，原电：电解时，两极的电解产物又组成一个原电池，原电池的电动势与外加电压方向相反，要使电解反应顺利进行，外加池的电动势与外加电压方向相反，要使电解反应顺利进行，外加电压必须克服这一电动势，这一电动势就是理论分解电压。电压必须克服这一电动势，这一电动势就是理论分解电压。第39页，共60页，编辑于2022年，星期二例：以例：以Pt做电极，电解做电极，电解0.1mol dm-3的的NaOH溶液时，在阳极析出溶液时，在阳极析出O2,阴极析出阴极析出H2，它们分别吸附在铂片上组成氢氧原电池。，它们分别吸附在铂片上组成氢氧原电池。电池符号电池符号(-)PtI H2I

30、NaOH(0.1mol dm-3)I O2IPt(+)原电池的电动势是正极（氧电极）的电极电势和负极（氢电极）的电极电势的差。0.1mol dm-3的的NaOH溶液中，溶液中，c(OH-)=0.1mol dm-3,c(H+)=0.1 10-13mol dm-3正极反应：正极反应：2H2O+O2+4e-=4OH-电极电势电极电势第40页，共60页，编辑于2022年，星期二负极反应：负极反应：H2=2H+2e-电极电势：电极电势：电池电势电池电势电解电解0.1mol dm-3的的NaOH溶液的理论分解电压即为溶液的理论分解电压即为0.12V.第41页，共60页，编辑于2022年，星期二实际分解电压

31、：理论上，只要外加电压大于理论电压，电解就实际分解电压：理论上，只要外加电压大于理论电压，电解就能进行，但实际上，当外电压略大于理论电压时，电解电流仍能进行，但实际上，当外电压略大于理论电压时，电解电流仍很小，只有外电压大于一定值，电解才能顺利进行，这种使电很小，只有外电压大于一定值，电解才能顺利进行，这种使电解顺利进行的最低电压称作实际电压。解顺利进行的最低电压称作实际电压。原因：电解液的内阻原因：电解液的内阻 电极的极化作用（浓差极化、超电压）电极的极化作用（浓差极化、超电压）浓差电势浓差电势：电解时。离子在电极上放电，电极附近的离子浓度小：电解时。离子在电极上放电，电极附近的离子浓度小于

32、溶液中其他地区，结果形成了浓差电池，其电动势与外加电势于溶液中其他地区，结果形成了浓差电池，其电动势与外加电势相对抗，因而使外加电势增大。相对抗，因而使外加电势增大。消除措施：升温、搅拌。消除措施：升温、搅拌。第42页，共60页，编辑于2022年，星期二超电势：电解时，在电极上析出产物，由于受到离子放电、超电势：电解时，在电极上析出产物，由于受到离子放电、原子结合成分子，气泡产生等原因的影响，结果在阴极上原子结合成分子，气泡产生等原因的影响，结果在阴极上放电的离子相应减少，阴极上电子过剩，所以阴极电势代放电的离子相应减少，阴极上电子过剩，所以阴极电势代数值变小，阳极上放电的离子也相应变小，阳极

33、电子不足，数值变小，阳极上放电的离子也相应变小，阳极电子不足，所以阳极电势代数值变大。这种原因引起的极化作用叫超所以阳极电势代数值变大。这种原因引起的极化作用叫超电势。电势。超电压：阳极超电势与阴极超电势的和超电压：阳极超电势与阴极超电势的和。第43页，共60页，编辑于2022年，星期二3.4.3 电解产物的一般规律电解产物的一般规律1.溶液中：溶液中：阳极上：氧化反应，越容易给出电子的物质先反应。即：阳极上：氧化反应，越容易给出电子的物质先反应。即：电极电势较小的还原物质。电极电势较小的还原物质。阴极上：还原反应，越容易结合电子的物质先反应。即：阴极上：还原反应，越容易结合电子的物质先反应。

34、即：电极电势较大的氧化物质。电极电势较大的氧化物质。第44页，共60页，编辑于2022年，星期二水溶液中的电解规律阴极：阴极：(1)电极电势代数值大于电极电势代数值大于Al的金属离子总是先获得的金属离子总是先获得电子：电子：Mn+ne-=M(2)电极电势代数值小于电极电势代数值小于Al（包括（包括Al）的金属离子，在水）的金属离子，在水溶液中不放电，而是溶液中不放电，而是H+放电。放电。2H+2e-=H2第45页，共60页，编辑于2022年，星期二阳极：阳极：(1)除除Pt、Au之外的可溶性的金属阳极首先失去电子。之外的可溶性的金属阳极首先失去电子。M=Mn+ne-(2)简单离子简单离子(惰性

35、电极惰性电极)S2-、I-、Br-、Cl-先失去电子。先失去电子。2Cl-2e-=Cl2(3)复杂离子一般不失去电子，而是水中的复杂离子一般不失去电子，而是水中的OH-失去电子。失去电子。2OH-2e-=H2O+1/2O2 第46页，共60页，编辑于2022年，星期二例：用石墨做电极，电解例：用石墨做电极，电解Na2SO4溶液，写出电极溶液，写出电极与电解反应。与电解反应。阴极：4H+4e-=2H2阳极：4OH-=2H2O+O2+4e-电解反应：2H2O=2H2+O2例：用金属镍做电极，电解例：用金属镍做电极，电解NiSO4溶液，写出电极与电解反溶液，写出电极与电解反应。应。阴极：阴极：Ni2

36、+2e-=Ni阳极：阳极：Ni=Ni2+2e-电解反应：电解反应：Ni2+Ni=Ni+Ni2+第47页，共60页，编辑于2022年，星期二3.4.4电解的应用电解的应用工业上（1）机械加工和表面处理。电镀：将一种金属沉积到另一种基材表面的过程。（2）精炼金属第48页，共60页，编辑于2022年，星期二3.5金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护金属腐蚀：金属表面与周围介质发生化学或电化学作用引起的破坏。种类：化学腐蚀电化学腐蚀第49页，共60页，编辑于2022年，星期二3.5.1化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀：金属在高温下与腐蚀气体或非电解质发生的纯化学作用而化学腐蚀：金属在高温下与腐蚀气体或非电解质发生

37、的纯化学作用而引起的腐蚀现象。遵循化学规律，温度越高，反应速率越快。引起的腐蚀现象。遵循化学规律，温度越高，反应速率越快。例如：铁在例如：铁在800-1000 时氧化极为显著，生成三层氧化物，从内到时氧化极为显著，生成三层氧化物，从内到外依次是：外依次是：FeO,Fe3O4,Fe2O3.如果周围环境有酸性气体，如如果周围环境有酸性气体，如;HCl,H2S等气体可与铁发生反应。等气体可与铁发生反应。Fe+H2S=FeS+H2生成的生成的FeS夹在金属晶格之间，使铁温度下降，生成的夹在金属晶格之间，使铁温度下降，生成的H2以原子状态溶于以原子状态溶于铁中，接着氢原子扩散并聚集于铁的缺陷处，而使铁变

38、脆，这种现象叫铁中，接着氢原子扩散并聚集于铁的缺陷处，而使铁变脆，这种现象叫氢脆。氢脆。第50页，共60页，编辑于2022年，星期二碳钢在高温时，钢中的碳与环境中的碳钢在高温时，钢中的碳与环境中的O2、H2、H2O（g)发生反发生反应。应。C+O2=CO2C+2H2=CH4C+CO2=2COC+H2O=H2+CO生成的气体离开钢的表面向内部扩散，而碳钢内部的碳不断生成的气体离开钢的表面向内部扩散，而碳钢内部的碳不断向反应区域扩散，使得靠近反应区域的铁层中含碳量不断减向反应区域扩散，使得靠近反应区域的铁层中含碳量不断减少，于是形成了脱碳层，这种现象叫脱碳。脱碳使钢的机械少，于是形成了脱碳层，这种

39、现象叫脱碳。脱碳使钢的机械性能如强度和硬度大大降低。性能如强度和硬度大大降低。第51页，共60页，编辑于2022年，星期二3.5.2电化学腐蚀电化学腐蚀金属与电解质接触时，金属表面形成原电池，称作金属与电解质接触时，金属表面形成原电池，称作腐蚀电池。电池的负极称作阳极，电池的正极称作腐蚀电池。电池的负极称作阳极，电池的正极称作阴极，阳极上进行氧化反应，使阳极溶解，阴极发阴极，阳极上进行氧化反应，使阳极溶解，阴极发生还原反应，一般只是传递电子。金属与杂质构成生还原反应，一般只是传递电子。金属与杂质构成两个电极，空气中的水分及两个电极，空气中的水分及O2,CO2,SO2及汗液中的及汗液中的NaCl

40、构成电解质。构成电解质。第52页，共60页，编辑于2022年，星期二析氢腐蚀析氢腐蚀铁的表面吸附了一层水膜，在水膜中溶解了铁的表面吸附了一层水膜，在水膜中溶解了CO2,SO2等气体，发生等气体，发生如下反应：如下反应：铁浸在其中，形成原电池，铁为阳极（负极），杂质为阴极铁浸在其中，形成原电池，铁为阳极（负极），杂质为阴极（正极）。（正极）。阳极：阳极：阴极：阴极：电池反应：电池反应：第53页，共60页，编辑于2022年，星期二吸氧腐蚀吸氧腐蚀介质中的酸性较弱或接近中性时腐蚀反应仍在进介质中的酸性较弱或接近中性时腐蚀反应仍在进行。行。阳极：阳极：阴极阴极:电池反应：电池反应：第54页，共60页，

41、编辑于2022年，星期二差异充气腐蚀差异充气腐蚀铁棒插于潮湿的土壤中时，因氧的浓度不同而引起的一种腐蚀，被腐铁棒插于潮湿的土壤中时，因氧的浓度不同而引起的一种腐蚀，被腐蚀的是埋在地下的部分。蚀的是埋在地下的部分。因为地下的部分氧的浓度小，而地上的部分氧的浓度大，根据因为地下的部分氧的浓度小，而地上的部分氧的浓度大，根据能斯特方程：能斯特方程：O2+2H2O+4e-=4OH-第55页，共60页，编辑于2022年，星期二P(O2)越大，越大，越大越大,氧的氧化能力也越大，反之，氧的氧化能力也越大，反之，P(O2)越小，越小，越越小小,氧的氧化能力也越小。这样由于上部和下部氧的浓度不同，氧的氧化能力

42、也越小。这样由于上部和下部氧的浓度不同，而产生上部与下部的而产生上部与下部的 不同，从而形成了浓差电池，氧的浓度不同，从而形成了浓差电池，氧的浓度大的部分为阴极，被还原，氧的浓度小的部分为阳极，被氧化。大的部分为阴极，被还原，氧的浓度小的部分为阳极，被氧化。阴极：阴极：阳极：阳极：电池反应：电池反应：第56页，共60页，编辑于2022年，星期二3.5.3金属腐蚀的防护金属腐蚀的防护1.采用金属合金采用金属合金:冶金工作者着重降低合金的阴极活性也阳极活性，制造出冶金工作者着重降低合金的阴极活性也阳极活性，制造出各种耐腐蚀的合金。各种耐腐蚀的合金。2.金属钝化：金属钝化后在表面形成一层致密的氧化膜

43、。此膜能阻金属钝化：金属钝化后在表面形成一层致密的氧化膜。此膜能阻止金属发生化学和电化学反应，从而保护金属不受腐蚀。止金属发生化学和电化学反应，从而保护金属不受腐蚀。3.用保护法使金属与介质隔离：会死用非金属材料作为保护层。用保护法使金属与介质隔离：会死用非金属材料作为保护层。例如：使用耐腐蚀的油漆、搪瓷、高分子材料等涂在要保护的金例如：使用耐腐蚀的油漆、搪瓷、高分子材料等涂在要保护的金属表面上。还可以使用耐腐蚀性较强的金属或合金覆盖在金属表属表面上。还可以使用耐腐蚀性较强的金属或合金覆盖在金属表面，较为重要的覆盖方法使电镀，如镀银、镀金、镀铜等。实际面，较为重要的覆盖方法使电镀，如镀银、镀金

44、、镀铜等。实际上常根据不同的情况选择不同的金属镀层。上常根据不同的情况选择不同的金属镀层。第57页，共60页，编辑于2022年，星期二4.缓蚀剂法：在腐蚀介质中加入少量能够延缓腐蚀速率的物缓蚀剂法：在腐蚀介质中加入少量能够延缓腐蚀速率的物质，就能大大降低金属的腐蚀。此法成为缓蚀剂法。质，就能大大降低金属的腐蚀。此法成为缓蚀剂法。(1)无机缓蚀剂：在金属表面形成氧化膜或难溶物质。无机缓蚀剂：在金属表面形成氧化膜或难溶物质。(2)有机缓蚀剂：通常在酸性介质中使用，如，苯胺、乌洛托品等。有机缓蚀剂：通常在酸性介质中使用，如，苯胺、乌洛托品等。缓蚀机理主要是缓蚀剂吸附在阴极表面，增加了氢的超电势，妨缓

45、蚀机理主要是缓蚀剂吸附在阴极表面，增加了氢的超电势，妨碍了氢离子的放电过程，从而使金属溶解速度减慢，阻碍金属腐碍了氢离子的放电过程，从而使金属溶解速度减慢，阻碍金属腐蚀。蚀。5.电化学保护法：金属电化学腐蚀是阳极被腐蚀，因此使用外加电化学保护法：金属电化学腐蚀是阳极被腐蚀，因此使用外加阳极，将要保护的金属作为阴极保护起来，称作阴极保护法阳极，将要保护的金属作为阴极保护起来，称作阴极保护法.第58页，共60页，编辑于2022年，星期二(1)外加电流法：将要保护的金属跟附加电极作为电解池的两个电极，外加电流法：将要保护的金属跟附加电极作为电解池的两个电极，要保护的额金属做阴极，附加电极做阳极。在直

46、流电作用下。使阴极要保护的额金属做阴极，附加电极做阳极。在直流电作用下。使阴极受到保护。这中保护主要是防止土壤、海水及河水中的金属设备。受到保护。这中保护主要是防止土壤、海水及河水中的金属设备。(2)牺牲阳极保护法：将活泼金属或合金连接在要保护的金属设备上，牺牲阳极保护法：将活泼金属或合金连接在要保护的金属设备上，形成原电池。这时较活泼的金属作为阳极。要保护的金属作为阴极而形成原电池。这时较活泼的金属作为阳极。要保护的金属作为阴极而得到保护。常用的阴极活泼材料有得到保护。常用的阴极活泼材料有Mg、Al、Zn及其合金，此法常用及其合金，此法常用于蒸汽锅炉的内壁、海轮的外壳和海底设备等。于蒸汽锅炉的内壁、海轮的外壳和海底设备等。第59页，共60页，编辑于2022年，星期二作业作业P74-75 3.3,3.6第60页，共60页，编辑于2022年，星期二