氧化还原反应幻灯片.ppt

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1、氧化还原反应第1页，共66页，编辑于2022年，星期一6.1氧化还原反应的基本原理电子的略微偏移电子的略微偏移还原剂 氧化剂电子的转移过程：电子的转移过程：明显的电子转移明显的电子转移1.1.氧化还原反应氧化还原反应6.1.16.1.1氧化数、氧化和还原氧化数、氧化和还原3 3氧化数氧化数:假设把化合物中成键的电子都归电负性更大的原子，从而求假设把化合物中成键的电子都归电负性更大的原子，从而求得原子所带的电荷数，此电荷数即为该原子在该化合物中的得原子所带的电荷数，此电荷数即为该原子在该化合物中的氧化数。氧化数。第2页，共66页，编辑于2022年，星期一确定元素氧化数的习惯规则：确定元素氧化数的

2、习惯规则：单质中，元素的氧化数为零；单质中，元素的氧化数为零；在在正常正常氧化物中氧的氧化数为氧化物中氧的氧化数为-2-2，氢在氢在一般一般化合物中的氧化数均为化合物中的氧化数均为+1+1。碱金属（碱金属（Na,KNa,K等等)为为+1+1，碱土金属（，碱土金属（Ca,MgCa,Mg等等)为为+2+2电负性最大的电负性最大的F F在化合物中的氧化数总是在化合物中的氧化数总是-1-1所有元素的原子，其氧化数的代数和在多原子的分子中所有元素的原子，其氧化数的代数和在多原子的分子中等于等于0 0；在多原子的离子中等于离子所带的电荷数。；在多原子的离子中等于离子所带的电荷数。第3页，共66页，编辑于2

3、022年，星期一氧化还原反应相关概念氧化还原反应相关概念：2.2.氧化过程和还原过程：氧化过程和还原过程：氧化（氧化（oxidationoxidation）：氧化数升高的过程）：氧化数升高的过程还原（还原（reductionreduction）：氧化数降低的过程）：氧化数降低的过程3.3.氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂氧化剂氧化剂：氧化数降低的反应物，被：氧化数降低的反应物，被还原还原为产物为产物还原剂还原剂：氧化数升高的反应物，被：氧化数升高的反应物，被氧化氧化为产物为产物4.4.氧氧化化态态和和还还原原态态：同同一一元元素素在在他他的的高高氧氧化化数数时时称称为为氧氧化化态态，低氧化数时称为

4、还原态。低氧化数时称为还原态。1.1.在化学反应过程中，元素的原子或离子在反应前后在化学反应过程中，元素的原子或离子在反应前后氧化数发生了变化的一类反应。氧化数发生了变化的一类反应。第4页，共66页，编辑于2022年，星期一 Cu+2AgCu+2Ag+=Cu=Cu2+2+2Ag+2Ag2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O2KClO2KClO3 3 2KCl 2KCl O O2 2氧化过程和还原过程，氧化过程和还原过程，氧化剂和还原剂，氧化剂和还原剂，氧化态和还原态氧化态和还原态氧化剂和还原剂这两种物质相互依存、氧化剂和还原剂这两种物质相互依存、氧化过程和还原过程两个过程也相互依

5、存、氧化过程和还原过程两个过程也相互依存、氧化态和还原态氧化态和还原态也相互依存，也相互依存，在同一个反应中同时发生和存在在同一个反应中同时发生和存在。第5页，共66页，编辑于2022年，星期一共轭关系半反应：半反应：氧化态氧化态 +n ne=e=还原态还原态 得电子的物质：氧化数降低、是氧化剂、本身被还原得电子的物质：氧化数降低、是氧化剂、本身被还原失电子的物质：氧化数升高、是还原剂、本身被氧化失电子的物质：氧化数升高、是还原剂、本身被氧化Cu+2AgCu+2Ag+=Cu=Cu2+2+2Ag+2Ag2Ag2Ag+2e=2Ag+2e=2Ag Cu-2e=CuCu-2e=Cu2+2+;Cu;Cu

6、2+2+2e=Cu+2e=Cu氧化还原电对氧化还原电对：同一种元素不同氧化数的两种物质构成的：同一种元素不同氧化数的两种物质构成的氧化还原体系。表示为：氧化态氧化还原体系。表示为：氧化态/还原态还原态如：如：CuCu2+2+/Cu/Cu，Fe Fe3+3+/Fe/Fe2+2+，MnOMnO4 4/Mn/Mn2+2+第6页，共66页，编辑于2022年，星期一自身氧化还原反应及歧化反应歧化反应1.1.自身氧化还原反应：自身氧化还原反应：氧化剂和还原剂是同一种氧化剂和还原剂是同一种物质物质。+5 -1 0+5 -1 0 2KClO 2KClO3 3 2KCl 2KCl O O2 22.2.歧化反应：

7、歧化反应：氧化剂和还原剂是同一种氧化剂和还原剂是同一种元素元素。+1 0 +2+1 0 +2 2CuCl 2CuClCu Cu CuClCuCl2 2 0 +1 -10 +1 -1 Cl Cl2 2 H H2 2O O HClO HClO HClHCl第7页，共66页，编辑于2022年，星期一6.1.2 氧化还原方程式的配平（1 1）氧化数法（略）氧化数法（略）（2 2）离子电子法）离子电子法 本法适用于溶液中的反应本法适用于溶液中的反应 配平原则：氧化剂和还原剂得失电子数相等配平原则：氧化剂和还原剂得失电子数相等 第8页，共66页，编辑于2022年，星期一离子电子法要点：根根据据实实验验，确

8、确定定产产物物、反反应应物物在在溶溶液液体体系系中中的的存存在在形形式式，写写出相应的离子反应式出相应的离子反应式2 2）将将反反应应物物分分成成两两个个半半反反应应，即即氧氧化化剂剂的的还还原原反反应应和和还还原剂的氧化反应原剂的氧化反应3 3）按物料、电荷平衡原则配平两个半反应）按物料、电荷平衡原则配平两个半反应4 4）根据得失电子数相等的原则确定各个半反应的系数）根据得失电子数相等的原则确定各个半反应的系数5 5）根根据据反反应应条条件件确确定定反反应应的的酸酸碱碱介介质质，分分别别加加入入H H+、OHOH-、H H2 2O O，使方程配平，使方程配平 第9页，共66页，编辑于2022

9、年，星期一例1：配平酸性介质下KMnO4溶液与Na2SO3的反应 解解 先写出相应的离子反应式：先写出相应的离子反应式：MnOMnO4 4-+SO+SO3 32-2-+H+H+Mn Mn2+2+SO+SO4 42-2-半反应半反应（注意半反应必须原子个数及电荷均配平）：（注意半反应必须原子个数及电荷均配平）：SOSO3 32-2-SO SO4 42-2-(反应物缺氧反应物缺氧)MnOMnO4 4-Mn Mn2+2+(生成物缺氧生成物缺氧)配平半反应：配平半反应：SOSO3 32-2-+H+H2 2O O SO SO4 42-2-+2H+2H+2e2e (1)(1)MnOMnO4 4-+8H+8

10、H+5e5e Mn Mn2+2+4H+4H2 2O (2)O (2)酸性条件下在氧多的一边加氢，在氧少的一边加水。酸性条件下在氧多的一边加氢，在氧少的一边加水。(1)(1)5+(2)5+(2)2 2得得2MnO2MnO4 4-+5SO+5SO3 32-2-+16H16H+5H+5H2 2O=2MnO=2Mn2+2+8H+8H2 2O+5SOO+5SO4 42-2-+10H10H+即：即：2MnO2MnO4 4-+5SO+5SO3 32-2-+6H+6H+=2Mn=2Mn2+2+5SO+5SO4 42-2-+3H+3H2 2O O 第10页，共66页，编辑于2022年，星期一例2：配平在碱性介质

11、下MnO42-的歧化反应 解解 MnO MnO4 42-2-MnOMnO4 4-+MnO+MnO2 2半反应：半反应：MnOMnO4 42-2-MnO MnO4 4-(1)(1)MnOMnO4 42-2-MnO MnO2 2(生成物缺氧生成物缺氧)(2)(2)配平半反应（配平半反应（1 1）：）：MnOMnO4 42-2-MnO MnO4 4-+e e(3)(3)配平半反应（配平半反应（2 2）：）：MnOMnO4 42-2-+2H2H2 2O O+2e2e MnO MnO2 2+4OH+4OH-（4 4）碱性条件下在氧少的一边加氢氧根，在氧多的一边加水碱性条件下在氧少的一边加氢氧根，在氧多的

12、一边加水。(3)(3)2+(4)2+(4)得得3MnO3MnO4 42-2-+2H+2H2 2O=2MnOO=2MnO4 4-+MnO+MnO2 2+4OH+4OH-第11页，共66页，编辑于2022年，星期一注意：在在酸酸性性介介质质中中的的反反应应，其其方方程程式式中中反反应应物或生成物均不应出现物或生成物均不应出现 OHOH-物种；物种；在在碱碱性性介介质质中中的的反反应应，其其方方程程式式中中反反应应物或生成物均不应出现物或生成物均不应出现 H H+物种；物种；第12页，共66页，编辑于2022年，星期一6.2 原电池与电极电势使化学能变为电能的装置；使化学能变为电能的装置；能使氧化还

13、原反应产生电流的装置能使氧化还原反应产生电流的装置负极：负极：Zn=ZnZn=Zn2+2+2e+2e正极：正极：CuCu2+2+2e=Cu+2e=Cu总反应：Zn+Cu2+=Zn2+Cu6.2.16.2.1原电池原电池第13页，共66页，编辑于2022年，星期一6.2 原电池与电极电势(-)Pt|H2(p)|H+(1mol.ml-1)|Fe3+(1mol.ml-1),Fe2+(1mol.ml-1)|Pt(+)(-)Cu(-)Cu|CuSOCuSO4 4(c c1 1)|AgNOAgNO3 3(c c2 2)|Ag(+)Ag(+)电池符号：Zn+CuZn+Cu 2+2+=Zn=Zn 2+2+Cu

14、+Cu(-)Zn|ZnSO4(c1)|CuSO4(c2)|Cu(+)H H2 2+Fe+Fe3+3+=H=H+Fe+Fe2+2+Cu+2AgCu+2Ag+=Cu=Cu2+2+2Ag+2Ag第14页，共66页，编辑于2022年，星期一6.2 原电池与电极电势 根据下列氧化还原反应，写出相应的电池符号。根据下列氧化还原反应，写出相应的电池符号。解：氧化作用（负极）氧化作用（负极）还原作用（正极）还原作用（正极）所以，电池符号为：所以，电池符号为：举例第15页，共66页，编辑于2022年，星期一6.2 原电池与电极电势 与电对物质本身的与电对物质本身的活泼性活泼性有关有关 与溶液中电对物质与溶液中电

15、对物质浓度浓度有关有关 与与温度温度有关有关6.2.2 电极电势Cu+2AgCu+2Ag+=Cu=Cu2+2+2Ag+2Ag负极：负极：Cu=CuCu=Cu2+2+2e +2e (Cu(Cu2+2+/Cu)/Cu)正极：正极：2Ag2Ag+2e=2Cu +2e=2Cu (Ag+/Ag)(Ag+/Ag)(ox/red(ox/red)半反应：半反应：aOX(aOX(氧化态氧化态)+)+n ne=bRed(e=bRed(还原态还原态)第16页，共66页，编辑于2022年，星期一 铂片吸附铂片吸附H H2 2达饱和氢电极达饱和氢电极 298 298 K K，100100kPakPa，纯，纯H H2 2

16、 1 1mol.lmol.l-1-1 H H+溶液溶液标准氢电极.标准氢电极的电极电势标准氢电极的电极电势H H2 2=H=H+2e+2eH H+2e=H+2e=H2 2(H(H+/H/H2 2)=0V)=0V第17页，共66页，编辑于2022年，星期一q 298.15 K298.15 Kq 离子浓度为离子浓度为1mol.l1mol.l-1-1，气体分压为，气体分压为100kPa100kPa标准电极电势标准标准电极电势查附表电极电势查附表-5-5可知可知(H(H+/H/H2 2)=0V)=0V(ox/red(ox/red)第18页，共66页，编辑于2022年，星期一饱和甘汞电极第19页，共66

17、页，编辑于2022年，星期一原电池的电动势（E E）：E E=正正-负负=大大-小小例：例：H H2 2+Zn=2H+Zn=2H+Zn+Zn2+2+Zn2+/ZnZn2+/Zn o o=-0.7618v=-0.7618vH H+/H/H2 2 o o=0v=0vE E=正正-负负=0-(-0.7681)=0-(-0.7681)=0.7681v =0.7681v第20页，共66页，编辑于2022年，星期一6.3原电池的电动势与吉布斯自由能W W电功电功=-=-r rG Gm mW W电功电功=QE=nFE=QE=nFE-r rG Gm m=nFE=-nF(=nFE=-nF(正正-负负)r rG

18、G 0 0m m=-nFE=-nFE0 0=-nF(=-nF(0 0正正-0 0负负)6.3.1原电池的电动势与吉布斯自由能的关系u热力学告诉我们：在等温、等压、可逆过程中，过程热力学告诉我们：在等温、等压、可逆过程中，过程自由能变自由能变D Dr rG Gm m在数值上等于体系对外做的最大有用功，在数值上等于体系对外做的最大有用功，即即第21页，共66页，编辑于2022年，星期一6.3.2原电池的电动势与氧化还原反应的平衡常数D DrGm=-nF E E D DrGm=-RTlnK-nF E E =-RTlnKE E =(RT/nF)lnK=(0.059/n)lgK（298K）第22页，共6

19、6页，编辑于2022年，星期一Zn=ZnZn=Zn2+2+2e +2e CuCu2+2+2e=Cu+2e=Cu负极：负极：正极：正极：E E=正正-负负=0.3419-(-0.7618)=0.3419-(-0.7618)=1.1037 =1.1037（v)v)Zn2+/ZnZn2+/Zn o o=-0.7618=-0.7618Cu2+/CuCu2+/Cu o o=0.3419=0.34191.1.计算原电池的电动势计算原电池的电动势E E=正正-负负6.3.4电极电势的应用第23页，共66页，编辑于2022年，星期一2.2.判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱-氧化还原能力

20、和电极电势 电极电势的高低表明电子得失的难易，也就是表明了氧电极电势的高低表明电子得失的难易，也就是表明了氧化还原能力的强弱：化还原能力的强弱：电极电势值较高的电对中的氧化态物质能和电极电势值较低电极电势值较高的电对中的氧化态物质能和电极电势值较低的电对中的还原态物质发生氧化还原反应的电对中的还原态物质发生氧化还原反应(电极电势值较高的电对中的氧化态物质比电极电势值较高的电对中的氧化态物质比 电极电势值较低的电对中的氧化态物质的电极电势值较低的电对中的氧化态物质的 氧化性强，易被还原）氧化性强，易被还原）第24页，共66页，编辑于2022年，星期一3.3.判断氧化还原反应的方向判断氧化还原反应

21、的方向 方法是：把反应设计成原电池方法是：把反应设计成原电池由由E E=-的数值进行粗略判断的数值进行粗略判断 E E 0 0 时自发时自发 E E 0 0 时逆向自发时逆向自发 E E =0 0 时平衡时平衡 注意：只是粗略的判断，精确的应用注意：只是粗略的判断，精确的应用E E 6.3.4电极电势的应用II第25页，共66页，编辑于2022年，星期一例例(1)(1)当处在标准状态时当处在标准状态时:Co+Cl:Co+Cl2 2=?=Co=?=Co2+2+2Cl+2Cl-Cl Cl2 2+2e=2Cl+2e=2Cl-，正，正，o oCl2/Cl-Cl2/Cl-=1.358v,=1.358v,

22、Co-2e=Co Co-2e=Co2+2+，负，负,o oCo2+/CoCo2+/Co=-0.272v,=-0.272v,E=1.358-(-0.272)0,E=1.358-(-0.272)0,自发向右进行。自发向右进行。所以所以:Co+Cl:Co+Cl2 2=Co=Co2+2+2Cl+2Cl-(2)(2)当处在标准状态时当处在标准状态时:Co:Co2+2+2Cl+2Cl-=？=Co+Cl=Co+Cl2 2 2Cl 2Cl-2e=Cl-2e=Cl2 2 ，负，负，Cl2/Cl-Cl2/Cl-=1.358 v,=1.358 v,Co Co2+2+2e=Co+2e=Co，正，正，o oCo2+/C

23、oCo2+/Co=-0.272v,=-0.272v,E=(-0.272)-1.3580,E=(-0.272)-1.3580,自发向左进行。自发向左进行。所以所以:Co+Cl:Co+Cl2 2=Co=Co2+2+2Cl+2Cl-第26页，共66页，编辑于2022年，星期一6.3.5浓度对电极电势和原电池电动势的影响Gm=Gm=GmGmo o+RTln Q=+RTln Q=GmGmo o+D DrGm=-nF E E，D DrGm=-nF E E-nF E E=-nF E E+RTln Q+RTln Q故有：故有：第27页，共66页，编辑于2022年，星期一能斯特方程式：-计算非标准状态下电极的电

24、极电势(ox/red(ox/red)aOX(aOX(氧化态氧化态)+)+n ne=bRed(e=bRed(还原态还原态):指定浓度下的电极电势指定浓度下的电极电势 0 0:标准电极电势标准电极电势 n n :电极反应中的得失电子数电极反应中的得失电子数第28页，共66页，编辑于2022年，星期一讨论1)1)方程式中的方程式中的 氧化态氧化态 和和 还原态还原态 并非专指氧化数并非专指氧化数有变化的物质，而是有变化的物质，而是包括了参与电极反应的其包括了参与电极反应的其它物质。它物质。2)2)如果电对中的某一物质是如果电对中的某一物质是固体或液体固体或液体，则它们，则它们的浓度均为常数，常认为是

25、的浓度均为常数，常认为是1 1。3)3)如果电对中的某一物质是气体，其浓度用分压来如果电对中的某一物质是气体，其浓度用分压来表示。表示。第29页，共66页，编辑于2022年，星期一例例 已知已知H H2 2+2e=2H+2e=2H+例例 已知已知O O2 2+4H+4H+4e=2H+4e=2H2 2O O(H(H+/H/H2 2)=0V)=0V=1.229v=1.229v举例举例第30页，共66页，编辑于2022年，星期一第31页，共66页，编辑于2022年，星期一续第32页，共66页，编辑于2022年，星期一计算举例I有有人人利利用用电电极极ZnZn2+2+/Zn/Zn和和H H+，O O2

26、 2/H H2 2O O，将将其其埋埋入入人人体体内内构构成成一一个个“生物化学电池生物化学电池”做心脏起波器，该电池的电池反应为做心脏起波器，该电池的电池反应为 Zn+1/2OZn+1/2O2 2+2H+2H+=Zn=Zn2+2+H+H2 2O O，(1)(1)求其标准电动势求其标准电动势E Eo o。(2)(2)写出电极符号写出电极符号 解：半反应：负极解：半反应：负极 Zn-2e=Zn Zn-2e=Zn2+2+正极正极 2H 2H+1/2 O+1/2 O2 2+2e=H+2e=H2 2O O负负=Zn2+/ZnZn2+/Zn o o+=-0.7618v+=-0.7618v正正 =O2/H

27、2O O2/H2O o o +=1.229v =1.229v第33页，共66页，编辑于2022年，星期一续E Eo o=O2/H2O O2/H2O o o-Zn2+/ZnZn2+/Zn o o =1.229-(-0.7618)=1.991v =1.229-(-0.7618)=1.991v电极符号：电极符号：(-)Zn(-)ZnZnZn2+2+(Cm(Cm1 1)H)H+(Cm(Cm2 2)O O2 2(p(pO2O2)H H2 2O O Pt(+)Pt(+)第34页，共66页，编辑于2022年，星期一计算举例II由由标标准准钴钴电电极极CoCo2+2+/Co/Co和和标标准准氯氯电电极极ClC

28、l2 2/Cl/Cl-组组成成原原电电池池，测测得得其其电电动动势势为为1.63V1.63V，现已知氯的标准电极电势为，现已知氯的标准电极电势为1.358V1.358V，问：，问：（1 1）钴标准电极的电极电势是多少？）钴标准电极的电极电势是多少？o oCl2/Cl-Cl2/Cl-=1.358v E=1.358v Eo o=o oCl2/Cl-Cl2/Cl-o oCo2+/CoCo2+/Coo oCo2+/CoCo2+/Co=1.358-1.63=-0.272V=1.358-1.63=-0.272V第35页，共66页，编辑于2022年，星期一续(2)(2)当氯气的分压增大和减小时，电池的电动势

29、将发生怎样的变化？当氯气的分压增大和减小时，电池的电动势将发生怎样的变化？半反应为：半反应为：Cl Cl2 2+2e=2Cl+2e=2Cl-Cl2/Cl-Cl2/Cl-=Cl2/Cl-Cl2/Cl-o o +P PCl2Cl2减小，减小，Cl2/Cl-Cl2/Cl-即即正正减小，减小，E=E=正正-负负即即E E减小减小（3 3）当）当CoCo2+2+浓度降低到浓度降低到0.01mol dm0.01mol dm-3-3时，电池的电动势将如何变化？时，电池的电动势将如何变化？E E是多少？是多少？Co2+/Co Co2+/Co=Co2+/Co Co2+/Co o o+=+=-0.331v=-0.

30、331vE=E=正正-负负=1.358-(-0.331)=1.689v ,=1.358-(-0.331)=1.689v ,比原来变大比原来变大(4)(4)此电池反应的方向如何？此电池反应的方向如何？Co+ClCo+Cl2 2=Co=Co2+2+2Cl+2Cl-第36页，共66页，编辑于2022年，星期一6.4.1电解及其应用1 1电解池和电解原理电解池和电解原理*直直流流电电通通过过电电解解质质溶溶液液(或或熔熔融融液液)而而发发生生氧氧化化还还原原反反应的过程叫做电解。应的过程叫做电解。*与与直直流流电电源源的的负负极极相相连连的的极极叫叫做做阴阴极极，在在阴阴极极上上电电子子过过剩剩，因因

31、此此，电电解解液液(或或熔熔融融液液)中中的的正正离离子子移移向向阴极，在阴极上得到电子发生还原反应；阴极，在阴极上得到电子发生还原反应；*与与直直流流电电源源的的正正极极相相连连的的极极叫叫做做阳阳极极。在在阳阳极极上上电电子子缺缺少少，负负离离子子移移向向阳阳极极，在在阳阳极极上上给给出出电电子子发发生氧化反应。生氧化反应。6.4电化学的应用第37页，共66页，编辑于2022年，星期一电解装置示意图用用铂铂作作电电极极，电电解解0.1moldm0.1moldm-3-3 NaOHNaOH溶溶液液时时，H H+移移向向阴阴极极，在在阴阴极极上上得得到到电电子子，被被还还原原生生成成氢氢气气；O

32、HOH离离子子移移向向阳阳极极，在在阳阳极极上上失失去去电电子子，被被氧氧化化生生成成氧氧气气。因因此此，总总的的电电解解反反应应是是在在阴阴极极上上产产生生H H2 2，阳阳极极上上产产生生O O2 2，反反应应的的实实质质是是电电解解水水。电电解解反反应可以表示为应可以表示为阴极：阴极：2H2H+2e=H+2e=H2 2阳极：阳极：4OH4OH-4e=2H-4e=2H2 2O+OO+O2 2总反应为：总反应为：2H2H2 2O=2HO=2H2 2+O+O2 26.4.1电解及其应用第38页，共66页，编辑于2022年，星期一电解池与原电池区别电解池原电池电极名称阴极阳极负极正极电子流动方向

33、电子从直流电源流入电子流回直流电源电子向外电路流出电子从外电路流入发生反应类型还原反应氧化反应氧化反应还原反应6.4.1电解及其应用第39页，共66页，编辑于2022年，星期一电极产物在阳极放电的是电极电势代数值较小的还在阳极放电的是电极电势代数值较小的还原态物质，而在阴极放电的则是电极电原态物质，而在阴极放电的则是电极电势代数值较大的氧化态物质。势代数值较大的氧化态物质。6.4.1电解及其应用第40页，共66页，编辑于2022年，星期一4.电冶金利用电解的原理从矿石中将金属单质还利用电解的原理从矿石中将金属单质还原出来的过程称为电冶金，特别对于原出来的过程称为电冶金，特别对于NaNa、MgM

34、g、AlAl等活泼金属来说，电冶金是一种等活泼金属来说，电冶金是一种非常重要的方法非常重要的方法 6.4.1电解及其应用第41页，共66页，编辑于2022年，星期一铝的电解法制备示意图阳极采用石墨，阴极采用有石墨衬底的钢。阳极采用石墨，阴极采用有石墨衬底的钢。6.4.1电解及其应用第42页，共66页，编辑于2022年，星期一1化学腐蚀化化学学腐腐蚀蚀是是指指金金属属在在高高温温下下与与腐腐蚀蚀性性气气体体或或非非电电解解质质发发生生单单纯纯的的化化学学作作用用而而引引起起的的破破坏坏现现象象。这这在在金金属的加工、铸造、热处理过程中是经常遇到的。属的加工、铸造、热处理过程中是经常遇到的。例例如

35、如，高高温温下下，轧轧钢钢中中的的铁铁被被氧氧化化而而形形成成疏疏松松的的“铁皮铁皮”：2Fe 2Fe O O2 2=2FeO=2FeO4FeO 4FeO O O2 2=2Fe=2Fe2 2O O3 3FeO FeO FeFe2 2O O3 3=Fe=Fe3 3O O4 4例例如如，在在石石油油中中含含有有各各种种有有机机硫硫化化物物，它它们们对对金金属属输输油管及容器也会产生化学腐蚀。油管及容器也会产生化学腐蚀。6.4.2金属的腐蚀与防护第43页，共66页，编辑于2022年，星期一2电化学腐蚀电电化化学学腐腐蚀蚀是是由由于于金金属属与与电电解解液液发发生生作作用用，使使金金属属表表面面形形成

36、成原原电电池池而而引引起起的的，这种原电池又称为腐蚀电池。这种原电池又称为腐蚀电池。腐腐蚀蚀电电池池中中发发生生还还原原反反应应的的电电极极称称为为阴阴极极（正正极极），发发生生氧氧化化反反应应的的电电极极称称为为阳极（负极），发生腐蚀而被溶解。阳极（负极），发生腐蚀而被溶解。原原电电池池中中的的铁铁为为阳阳极极(即即负负极极)，杂杂质质（如（如FeFe3 3C C）为阴极）为阴极(即正极即正极)。6.4.2金属的腐蚀与防护第44页，共66页，编辑于2022年，星期一金属腐蚀金属腐蚀铁锈铁锈 Fe2O3 xH2O负极负极:Fe(s)g Fe+2 +2e-=0.44 V正极正极:O2(g)+4H

37、+4e-g 2H2O(l)=1.23 V净反应净反应:Fe+2 进一步被氧化成 Fe2O3 x H2O6.4.2金属的腐蚀与防护第45页，共66页，编辑于2022年，星期一腐蚀发生的条件腐蚀发生的条件潮湿的空气潮湿的空气氧气氧气氧气氧气 低的低的低的低的pHpHpHpH值值值值(高高高高 H H H H+)促进反应的发生促进反应的发生产生铁锈和发生腐蚀的位置可能不同产生铁锈和发生腐蚀的位置可能不同铁与不活泼金属接触更容易被腐蚀铁与不活泼金属接触更容易被腐蚀铁与不活泼金属接触更容易被腐蚀铁与不活泼金属接触更容易被腐蚀(Cu)(Cu)(Cu)(Cu)铁与活泼金属接触更不容易被腐蚀铁与活泼金属接触更

38、不容易被腐蚀铁与活泼金属接触更不容易被腐蚀铁与活泼金属接触更不容易被腐蚀(Zn)(Zn)(Zn)(Zn)6.4.2金属的腐蚀与防护第46页，共66页，编辑于2022年，星期一（1）改变金属材料的性质合合金金化化是是既既能能改改变变金金属属活活泼泼性性，又又能能改改善善金金属属的的使使用用性性能能的的有有效效措措施施。可可根根据据不不同同的的用用途途选选择择不不同同的的材材料料组组成成耐耐蚀蚀合合金金，或或在在金金属属中中添添加加合合金金元元素素，提提高高其其耐耐蚀蚀性性，可可以以防防止止或或减减缓缓金金属属的的腐腐蚀蚀。例例如如，在在钢钢中中加加入入镍镍制制成成不不锈锈钢钢可可以以增增强防腐蚀

39、能力。强防腐蚀能力。金属的腐蚀与防护措施I：第47页，共66页，编辑于2022年，星期一（2）隔离金属与介质在在金金属属表表面面覆覆盖盖各各种种保保护护层层，把把被被保保护护金金属属与与腐腐蚀蚀性性介介质质隔隔开开，是是防防止止金金属属腐腐蚀蚀的的有有效效方方法法。工工业业上上普普遍遍使使用用的的保保护护层层有有非非金金属属保保护护层层和和金金属属保保护层两大类。护层两大类。非金属保护层如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂非金属保护层如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等，涂覆在金属表面上形成保护层，可达到防腐等，涂覆在金属表面上形成保护层，可达到防腐蚀的目的蚀的目的 还可以用电镀的办法将耐腐蚀性较强的金

40、属还可以用电镀的办法将耐腐蚀性较强的金属(如锌、如锌、锡、镍铬等锡、镍铬等)或合金覆盖在被保护的金属上，形成或合金覆盖在被保护的金属上，形成保护镀层保护镀层 金属的腐蚀与防护措施II：第48页，共66页，编辑于2022年，星期一（3）电化学保护法I在在金金属属电电化化学学腐腐蚀蚀中中是是阳阳极极(较较活活泼泼金金属属)被被腐腐蚀蚀，因因此此可可采采用用外外加加阳阳极极而而将将被被保保护护的的金金属属作作为为阴阴极极保保护护起起来来。此此法法又又叫叫阴阴极极保保护护法法。又又分分为为牺牺牲牲阳阳极保护法和外加电流法极保护法和外加电流法。金属的腐蚀与防护措施III：第49页，共66页，编辑于202

41、2年，星期一（3）电化学保护法II牺牲阳极保护法是采用电极电势比被保护金属更低牺牲阳极保护法是采用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备构件和防止巨型设备（如贮油罐）（如贮油罐）以及石油管路的腐蚀，以及石油管路的腐蚀，第50页，共66页，编辑于2022年，

42、星期一锈蚀和保护铁的生锈铁的生锈阳极：阳极：阴极：阴极：阴极保护阴极保护阳极：阳极：阴极阴极：第51页，共66页，编辑于2022年，星期一（3）电化学保护法III外加电流法是将被保护金属与另一附加电极作为电解外加电流法是将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，附加电极为池的两个极，使被保护的金属作为阴极，附加电极为阳极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法阳极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。第52页，共66页，编辑于2022年，星期一腐蚀的防护腐蚀的防护第53

43、页，共66页，编辑于2022年，星期一负极：负极：Zn+4NHZn+4NH4 4Cl Cl (NH (NH4 4)2 2ZnClZnCl2 2+2NH+2NH4 4+2e 2e正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+e O+e MnO(OH)+OH MnO(OH)+OH-锌锰干电池锌锰干电池6.4.3化学电源第54页，共66页，编辑于2022年，星期一负极：负极：Pb+SOPb+SO4 42-2-PbSO PbSO4 4+2e 2e正极：正极：PbOPbO2 2+SO+SO4 4-+4H 4H+2e 2e Pb Pb SOSO4 4+2H+2H2 2O O总反应：总反应：Pb+Pb

44、OPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2Pb 2PbSOSO4 4+2H+2H2 2O O放电时的两极反应：放电时的两极反应：铅蓄电池铅蓄电池6.4.3化学电源第55页，共66页，编辑于2022年，星期一放电时的电极反应：放电时的电极反应：负极：负极：Cd+2OH-Cd(OH)2+2e正极：正极：NiO(OH)+2H2O+2e 2Ni(OH)2+2OH-总反应：总反应：Cd+NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2镍镉电池镍镉电池6.4.3化学电源第56页，共66页，编辑于2022年，星期一锌汞电池锌汞电池6.4.3化学电源第57页，共66页，编辑于2022年

45、，星期一摇椅电池摇椅电池(rocking chair batteries,RCB)(rocking chair batteries,RCB)，锂离子在外部条件（充电或放电）的作用，锂离子在外部条件（充电或放电）的作用下，使锂离子往返于正负极之间下，使锂离子往返于正负极之间。锂离子电池锂离子电池4.2 V6.4.3化学电源第58页，共66页，编辑于2022年，星期一正极：正极：LiCoOLiCoO2 2负极：嵌入锂离子的石墨层负极：嵌入锂离子的石墨层第59页，共66页，编辑于2022年，星期一 燃料电池燃料电池(Fuel Cell)(Fuel Cell)发电是继水力、火力发电是继水力、火力和核能

46、发电之后的第和核能发电之后的第4 4类发电技术。它是一种不类发电技术。它是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。能转变为电能的高效发电装置。燃料电池6.4.3化学电源第60页，共66页，编辑于2022年，星期一燃料电池效率高燃料电池效率高第61页，共66页，编辑于2022年，星期一(-)Pt|H2(g)|KOH|O2(g)|Pt(+)负极：负极：H H2 2+2OH+2OH-2H 2H2 2O+O+2e 2e 正极正极：OO2 2+H H2 2O O +2e 2e 2OH 2OH-电池反应：电池反应：H H2 2+O+

47、O2 2 H H2 2O(l)O(l)碱性氢氧燃料电池碱性氢氧燃料电池燃料电池的热力学原理6.4.3化学电源第62页，共66页，编辑于2022年，星期一q 氢电极：q 氧电极：燃料电池的电极过程第63页，共66页，编辑于2022年，星期一1)1)磷酸燃料电池磷酸燃料电池(PAFC)(PAFC)2)2)熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)(MCFC)3)3)固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池(SOFC)(SOFC)4)4)质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(PEMFC)(PEMFC)燃料电池分类第64页，共66页，编辑于2022年，星期一燃料电池发电系统示意图第65页，共66页，编辑于2022年，星期一固体聚合物燃料电池第66页，共66页，编辑于2022年，星期一