No3模块一任务三腐蚀电池、任务四电极动力学.ppt

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1、2022/10/29知识回顾知识回顾1 1、写出金属电化学腐蚀的通式，常见的去极剂有那、写出金属电化学腐蚀的通式，常见的去极剂有那几类？几类？2 2、写出、写出能斯特方程式的表达式？能斯特方程式的表达式？3 3、如何判断金属腐蚀的倾向？、如何判断金属腐蚀的倾向？12022/10/29教学任务教学任务任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池一、必要条件一、必要条件二、工作过程及类型二、工作过程及类型任务四任务四金属电化学腐蚀的电极动力学金属电化学腐蚀的电极动力学一、腐蚀速度与极化作用一、腐蚀速度与极化作用二、极化的原因及类型二、极化的原因及类型三、金属的钝化三、金属的钝化22022/10/29【知知识识目目

2、标标】1、掌握构成腐蚀电池的必要条件、腐蚀电池的工作过程；、掌握构成腐蚀电池的必要条件、腐蚀电池的工作过程；2、掌握金属全面腐蚀评定方法，掌握电极的极化和去极化、掌握金属全面腐蚀评定方法，掌握电极的极化和去极化概念，掌握金属钝化的相关知识。概念，掌握金属钝化的相关知识。【能力目能力目标标】1、能分析腐蚀电池的构成、工作过程及形成原因；、能分析腐蚀电池的构成、工作过程及形成原因；2、能通过相关测量与计算对化工生产实际中的金属全面腐、能通过相关测量与计算对化工生产实际中的金属全面腐蚀程度进行评定。蚀程度进行评定。【素质目标素质目标】1、培养严谨求实、勤奋好学、团结协作精神；、培养严谨求实、勤奋好学

3、、团结协作精神；2、培养理论联系实际的观念。、培养理论联系实际的观念。教学目标教学目标教学目标教学目标32022/10/29一、必要条件一、必要条件1、原电池的构成、原电池的构成1）定义：）定义：能使氧化还原反应产生的能使氧化还原反应产生的化学能转化化学能转化为电能为电能的装置，称为的装置，称为原电池原电池。2）原电池的构成：）原电池的构成：将将两个不同的电极两个不同的电极分别用分别用盐盐桥桥和和导线导线连接起来，就可以构成原电池。连接起来，就可以构成原电池。3）比较熟悉的原电池装置：丹尼尔电池。）比较熟悉的原电池装置：丹尼尔电池。a.构成构成:将锌和硫酸锌水溶液、铜与硫酸铜水溶液将锌和硫酸锌

4、水溶液、铜与硫酸铜水溶液这两个电极分别用盐桥和导线连接起来构成的这两个电极分别用盐桥和导线连接起来构成的原电池原电池,标态下。标态下。b.盐桥：盐桥：内装有琼脂与饱和内装有琼脂与饱和KCl溶液制成的冻胶，溶液制成的冻胶，其作用在于维持溶液的电中性，确保原电池装其作用在于维持溶液的电中性，确保原电池装置构成通路。置构成通路。铜锌原电池装置示意图铜锌原电池装置示意图 任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池42022/10/291 1、原电池的构成、原电池的构成 c.c.电子流动方向、电流方向、原电池电动势电子流动方向、电流方向、原电池电动势电子：阳极流到阴极电子：阳极流到阴极电流：阴极流到阳极电

5、流：阴极流到阳极注：注：阴极为正极，阳极为负极。阴极为正极，阳极为负极。E E0 0E E0 0（+）E E0 0（一）（一）即即 E E0 0 E E0 0Cu/CuCu/Cu E E0 0Zn/ZnZn/Znd.d.铜锌原电池的表达形式铜锌原电池的表达形式 负极反应（阳极）：负极反应（阳极）：ZnZn2e Zn2e Zn2 2 正极反应（阴极）：正极反应（阴极）：CuCu2 22e Cu2e Cu 电池离子反应电池离子反应 ：CuCu2 2 Zn CuZn CuZnZn2 2 原电池符号可表示为原电池符号可表示为：（：（）ZnZnZnSOZnSO4 4CuSOCuSO4 4CuCu（）（）

6、“”“”表示盐桥，表示盐桥，“”表示电极中两相界面。表示电极中两相界面。任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池52022/10/292、腐蚀电池的构成、腐蚀电池的构成电极金属浸入含有该金属离子的水溶液中；电极金属浸入含有该金属离子的水溶液中；两种电极金属浸入同一种电解质溶液中或金属浸在两种电极金属浸入同一种电解质溶液中或金属浸在电解质溶液中。电解质溶液中。电极反应：电极反应：Zn2eZn2（阳极反应）（阳极反应）2H2eH2（阴极反应）（阴极反应）总反应：总反应：Zn2HZn2H2表示形式：（阳极）表示形式：（阳极）ZnH2SO4Cu（阴极）（阴极）注：注：腐蚀电池中电极不用正、负极表示，而

7、用阴、阳腐蚀电池中电极不用正、负极表示，而用阴、阳极表示极表示结论：结论：腐蚀电池使阳极的溶解加快了，阴极的还原也腐蚀电池使阳极的溶解加快了，阴极的还原也加快了，即：加快了，即：腐蚀电池使阳极的金属腐蚀加大，而腐蚀电池使阳极的金属腐蚀加大，而阴极的金属腐蚀减少或停止。阴极的金属腐蚀减少或停止。腐蚀电池示意图腐蚀电池示意图 任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池62022/10/293、腐蚀电池与原电池的比较、腐蚀电池与原电池的比较相同点相同点：都有阴（正）、阳（负）极，都有：都有阴（正）、阳（负）极，都有电子通道电子通道和和离子通道离子通道。不同点不同点：原电池末短路，电化学能可以做有用功，

8、腐蚀电池是短路电池，：原电池末短路，电化学能可以做有用功，腐蚀电池是短路电池，不可做有用功，反应的化学能都以热能的形式散发了。不可做有用功，反应的化学能都以热能的形式散发了。4、构成腐蚀电池的必要条件、构成腐蚀电池的必要条件存在电位差，即要有阴、阳极存在。存在电位差，即要有阴、阳极存在。要有电解质溶液存在要有电解质溶液存在要有连续传递电子的回路。要有连续传递电子的回路。结论：结论：一个腐蚀电池必须包括一个腐蚀电池必须包括阳极阳极、阴极阴极、电解质溶液电解质溶液和和电路电路四个部分。四个部分。【练习练习】把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电四块金属片浸入稀硫酸中，用导

9、线两两相连组成原电池。若池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡；极上产生大量气泡；b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱正确的是动性顺序由强到弱正确的是A、abcdB、acdbC、cabdD、bdca 任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池（B B）72022/10/29二、工作过程及作用二、工作过程及作用1、腐蚀电池的工作过程、腐蚀电池的工作过程l阳极过程阳极过程MMn+nel阴极过程阴极过程DneDnel电流流动过程电流流动过程在金

10、属中依靠电子从阳极流向阴极，在电解在金属中依靠电子从阳极流向阴极，在电解质溶液中依靠离子的定向迁移形成回路，从质溶液中依靠离子的定向迁移形成回路，从而形成电流。而形成电流。注：注：腐蚀电池的这三个过程腐蚀电池的这三个过程缺一不可缺一不可，只要那，只要那个过程受到阻碍，那么金属电化学腐蚀过程个过程受到阻碍，那么金属电化学腐蚀过程就会停止。就会停止。2、腐蚀电池的作用、腐蚀电池的作用【思考思考】怎么理解不利作用和有利作用？怎么理解不利作用和有利作用？腐蚀电池工作示意图 任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池82022/10/29三、腐蚀电池的类型三、腐蚀电池的类型(一）、宏观腐蚀电池一）、宏观腐

11、蚀电池1、电偶腐蚀、电偶腐蚀同一电解质溶液中，同一电解质溶液中，两种具有不同电极电位的金属或合金两种具有不同电极电位的金属或合金通过电连通过电连接形成的腐蚀电池。如：碳钢接形成的腐蚀电池。如：碳钢-黄铜冷凝器、船舶中的钢外壳黄铜冷凝器、船舶中的钢外壳-铜合铜合金推进器、不同材质的法兰金推进器、不同材质的法兰-螺母螺母-螺栓的连接等。螺栓的连接等。注注：两两种种金金属属的的电电极极电电位位相相差差越越大大，电电池池中中阴阴阳阳极极的的面面积积比比越越大大、电介质的电导率越大则阳极的金属腐蚀也快。电介质的电导率越大则阳极的金属腐蚀也快。2、浓差电池、浓差电池同一金属的不同部位所接触的介质具有同一金

12、属的不同部位所接触的介质具有不同的浓度不同的浓度，引起的电，引起的电极电位差。极电位差。任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池92022/10/29 任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池结论：结论：溶液中金属离子的浓度越稀，电极电位越低，浓度越大，电极电位溶液中金属离子的浓度越稀，电极电位越低，浓度越大，电极电位越高，因此电子由金属离子的低浓度区（阳极）流向高浓度区（阴极）。越高，因此电子由金属离子的低浓度区（阳极）流向高浓度区（阴极）。在一些设备的缝隙、疏松沉积物下部、滞流区容易产生盐浓差腐蚀。在一些设备的缝隙、疏松沉积物下部、滞流区容易产生盐浓差腐蚀。b、氧浓差电池：、氧浓差电池：定

13、义：指由于金属与含氧量不同的溶液相接触而引起的电位差所构成的腐定义：指由于金属与含氧量不同的溶液相接触而引起的电位差所构成的腐蚀电池蚀电池。n 0.059由能斯特方程由能斯特方程ECu/CuE0Cu/Culglg（a a氧化氧化态态/a/a还还原原态态）E0Cu/Cu（0.059/2）lgCCu2、浓差电池、浓差电池a、盐浓差电池、盐浓差电池定义：定义：指同一金属浸在不同盐浓度的溶液中构成的腐蚀电池。指同一金属浸在不同盐浓度的溶液中构成的腐蚀电池。以铜浸在硫酸铜溶液为例说明浓度与电极的关系。以铜浸在硫酸铜溶液为例说明浓度与电极的关系。102022/10/29 任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐

14、蚀电池结论：结论：介质中溶解氧浓度越大，氧电极电位越大，成为腐蚀电池的阴极，介质介质中溶解氧浓度越大，氧电极电位越大，成为腐蚀电池的阴极，介质中中溶解氧浓度越低溶解氧浓度越低，氧电极电位越小，成为，氧电极电位越小，成为腐蚀电池的阳极腐蚀电池的阳极。【讨论讨论】化工生产中由于大修，有一碳钢水贮槽，其中有一定量的中性水长久化工生产中由于大修，有一碳钢水贮槽，其中有一定量的中性水长久没动，大修后启动开车时，发现贮槽靠近水线的下方有一圈沟槽，分析这是什没动，大修后启动开车时，发现贮槽靠近水线的下方有一圈沟槽，分析这是什么原因造成的。么原因造成的。一般规律：一般规律：电位较负的金属（如电位较负的金属（如

15、Fe）易受氧浓差电池腐蚀，电位较正的金属）易受氧浓差电池腐蚀，电位较正的金属（如（如Cu）易受盐浓差电池腐蚀。）易受盐浓差电池腐蚀。（二）微观腐蚀（二）微观腐蚀微观腐蚀电池是指金属表面存在许多肉眼难以看见的极微小的电极构成的微观腐蚀电池是指金属表面存在许多肉眼难以看见的极微小的电极构成的腐蚀电池，这是由于金属表面存在电化学不均一性所造成的。腐蚀电池，这是由于金属表面存在电化学不均一性所造成的。EO/OHE0O/OH（0.059/n）lg氧化态氧化态/还原态还原态E0O/OH（0.059/4）lgPO/COH42、浓差电池、浓差电池b、氧浓差电池、氧浓差电池金属浸入含有溶解氧的中性溶液中形成氧电

16、极：金属浸入含有溶解氧的中性溶液中形成氧电极：O22H2O4e 4OH112022/10/292 2、微观腐蚀电池、微观腐蚀电池（1 1）化学成份的不均一性）化学成份的不均一性 例如锌中含有杂质元素铁、锑、铜等例如锌中含有杂质元素铁、锑、铜等（2 2）组织结构的不均一性）组织结构的不均一性 例如：金属的晶界是原子排列较疏松而紊乱的区域，这个区域容易富集杂质原子，例如：金属的晶界是原子排列较疏松而紊乱的区域，这个区域容易富集杂质原子，一般而言，导致晶界的电极电位比晶粒低，容易遭到腐蚀。一般而言，导致晶界的电极电位比晶粒低，容易遭到腐蚀。（3 3）物理状态的不均一性）物理状态的不均一性 例如，钢板

17、在弯曲部位和铆钉头的地方容易发生腐蚀就是这个原因。例如，钢板在弯曲部位和铆钉头的地方容易发生腐蚀就是这个原因。（4 4）表面膜的不均一性）表面膜的不均一性 例如：当金属表面膜不完整，存在孔隙或破损时，在空隙和破损的部位就容易被腐例如：当金属表面膜不完整，存在孔隙或破损时，在空隙和破损的部位就容易被腐蚀。蚀。结论：结论：电化学不均一性即金属表面的物理和化学性质存在差异，从而使金属表面各部电化学不均一性即金属表面的物理和化学性质存在差异，从而使金属表面各部位的电位不相等，这是形成腐蚀微电池的基本原因。位的电位不相等，这是形成腐蚀微电池的基本原因。任务三任务三任务三任务三腐蚀电池腐蚀电池122022

18、/10/29一、金属腐蚀速度一、金属腐蚀速度1 1、全面腐蚀程度的评定、全面腐蚀程度的评定 通常是用腐蚀前后金属质量或厚度的变化，电极的电流密度通常是用腐蚀前后金属质量或厚度的变化，电极的电流密度来表示其平均腐蚀率。来表示其平均腐蚀率。（1 1）根据质量的变化来评定）根据质量的变化来评定 以被腐蚀的金属在单位面积（以被腐蚀的金属在单位面积（m m2 2）单位时间（）单位时间（h h）内由于腐蚀）内由于腐蚀而引起的质量（而引起的质量（g g）变化来评定其腐蚀程度，有失重法和增重）变化来评定其腐蚀程度，有失重法和增重法。当腐蚀产物能很好的除去而不损伤主体金属时用失重法，法。当腐蚀产物能很好的除去而

19、不损伤主体金属时用失重法，反之用增得法。反之用增得法。公式：公式：KmKm（m m前前m m后）后）/（StSt）失重法失重法 KmKm（m m后后m m前）前）/（StSt）增重法增重法任务四任务四任务四任务四金属电化学腐蚀电极动力学金属电化学腐蚀电极动力学 132022/10/29（2 2）根据厚度变化来评定）根据厚度变化来评定 根据单位时间（根据单位时间（a a：年）内金属因腐蚀而减薄的尺寸（：年）内金属因腐蚀而减薄的尺寸（mmmm）来）来评定其腐蚀程度。评定其腐蚀程度。公式：公式：见教材见教材P22P22式（式（1-221-22）三个等级：耐蚀、可用、不可用（详见三个等级：耐蚀、可用、

20、不可用（详见P22P22：表表1-41-4）。）。（3 3）电流密度法）电流密度法 电化学腐蚀过程，是由于金属与电解质溶液进行了电化学反电化学腐蚀过程，是由于金属与电解质溶液进行了电化学反 应，腐蚀速率可用电流密度来表示。应，腐蚀速率可用电流密度来表示。公式：公式：KiKi(Ai(Aia a10104 4)/(nF)/(nF)在这三种速度中用电流密度表示的腐蚀速度使用较方便。在这三种速度中用电流密度表示的腐蚀速度使用较方便。任务四任务四任务四任务四金属电化学腐蚀电极动力学金属电化学腐蚀电极动力学 142022/10/29任务四任务四任务四任务四金属电化学腐蚀电极动力学金属电化学腐蚀电极动力学

21、二、极化与去极化二、极化与去极化（教材（教材P23P23）极化现象极化现象：由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小，并引：由于通过电流而引起原电池两极间电位差减小，并引起电池工作电流强度降低的现象，称为原电池的极化现象。起电池工作电流强度降低的现象，称为原电池的极化现象。阳极极化：阳极极化：当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象。当通过电流时阳极电位向正的方向移动的现象。阴极极化：阴极极化：当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象。当通过电流时阴极电位向负的方向移动的现象。去极化：去极化：能消除或减弱极化的现象。能消除或减弱极化的现象。去极剂：去极剂：引起去极化发生的物质。引起去极化发生的

22、物质。极化作用：极化作用：极化的作用总是使得反应的速度下降，对于防腐蚀而极化的作用总是使得反应的速度下降，对于防腐蚀而言，极化是有利的。如金属的钝化就是阳极极化的一个典型应用。言，极化是有利的。如金属的钝化就是阳极极化的一个典型应用。去极化作用：去极化作用：消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程。消除或减弱阳极和阴极的极化作用的电极过程。极化曲线：极化曲线：表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间关系的表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间关系的曲线。曲线。152022/10/29三、金属的钝化三、金属的钝化（教材（教材P29P29）1 1、钝化现象、钝化现象【思考分析思考分析】1 1）A

23、lAl电极电位为，在腐蚀环境中很易被腐蚀，但却耐腐蚀，如：电极电位为，在腐蚀环境中很易被腐蚀，但却耐腐蚀，如：铝合金属门窗。铝合金属门窗。2 2）法拉第铁钝化实验法拉第铁钝化实验（教材（教材P29P29图图1-211-21）l金属由于表面形成了保护膜，在介质中没有发生腐蚀的现象叫金属由于表面形成了保护膜，在介质中没有发生腐蚀的现象叫钝化钝化现象现象。2 2、钝化定义、钝化定义某些活泼金属或其合金，由于它们的阳极过程受到了阻滞，因而在某些活泼金属或其合金，由于它们的阳极过程受到了阻滞，因而在很多环境中的电化学性能接近贵金属，这种性能叫做金属的很多环境中的电化学性能接近贵金属，这种性能叫做金属的钝

24、性钝性，金，金属具有钝性的现象叫做属具有钝性的现象叫做钝化钝化。注：注：钝性金属一般有两个电位，钝性金属一般有两个电位，活性电位和钝性电位活性电位和钝性电位，也叫，也叫活性活性-钝性金属钝性金属。如不锈钢、铬、镍、铝等金属或合金。如不锈钢、铬、镍、铝等金属或合金。任务四任务四任务四任务四金属电化学腐蚀电极动力学金属电化学腐蚀电极动力学162022/10/293 3、钝化的特性、钝化的特性（教材（教材P30P30）阳极极化曲线（阳极极化曲线（S S形曲线）形曲线）l活化区活化区 曲线曲线a a一一b b段。段。lb b过渡区过渡区 曲线曲线b-cb-c段。段。lC C钝化区钝化区 曲线曲线c-d

25、c-d段。段。ld d过钝化区过钝化区 曲线曲线d d一一e e段。段。任务四任务四任务四任务四金属电化学腐蚀电极动力学金属电化学腐蚀电极动力学【分析讨论分析讨论】各区电位和电流变各区电位和电流变化的情况。化的情况。金属钝化过程典型阳极极化曲线金属钝化过程典型阳极极化曲线lE临临、i临临、i维维是三个重要的特性参数。是三个重要的特性参数。172022/10/29 4 4、活性一钝性金属的耐蚀性、活性一钝性金属的耐蚀性 （教材（教材P31P31）单一的还原反应，可能具有单一的还原反应，可能具有三种三种不同的交换电不同的交换电流密度。流密度。有一个有一个稳定的交点稳定的交点A A，如：钛在无空气的

26、稀硫酸，如：钛在无空气的稀硫酸或盐酸中迅速溶解不能钝化的情况。或盐酸中迅速溶解不能钝化的情况。有三个有三个交点交点B B、C C、D D，如：在浓硝酸中钝化后的，如：在浓硝酸中钝化后的铁即属于此种情况，一旦钝化膜被破坏，则由铁即属于此种情况，一旦钝化膜被破坏，则由钝态转变为活态，即钝态转变为活态，即D D点转变到点转变到B B点。点。只有一个只有一个稳定的交点稳定的交点F F，如：不锈钢在含氧化剂，如：不锈钢在含氧化剂（溶解氧）的酸溶液中以及铁在（溶解氧）的酸溶液中以及铁在70%70%的硝酸中。的硝酸中。任务四任务四任务四任务四金属电化学腐蚀电极动力学金属电化学腐蚀电极动力学阴极交换电流密度对

27、阴极交换电流密度对活性活性-钝性金属的影响钝性金属的影响182022/10/294 4、活性一钝性金属的耐蚀性、活性一钝性金属的耐蚀性使金属的电位保持在钝化区的方法使金属的电位保持在钝化区的方法：l阳极钝化法：阳极钝化法：用外加电流使金属阳极极化而获得钝态的方法。用外加电流使金属阳极极化而获得钝态的方法。例：碳钢在稀硫酸中，可利用恒电位仪通入电流，保持所需的电例：碳钢在稀硫酸中，可利用恒电位仪通入电流，保持所需的电位及电流密度。位及电流密度。l化学钝化法：化学钝化法：利用化学方法使金属由活性状态变为钝态的方法。利用化学方法使金属由活性状态变为钝态的方法。例：浓硝酸例：浓硝酸 、浓硫酸、重铬酸盐等强氧化剂；氧气也是一种钝化、浓硫酸、重铬酸盐等强氧化剂；氧气也是一种钝化剂。剂。任务四任务四任务四任务四金属电化学腐蚀电极动力学金属电化学腐蚀电极动力学【作业作业】教材教材P36:P36:习题第习题第8 8题题19