5-金属腐蚀电化学理论基础(动力学)-2详解.ppt
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1、1第二章第二章 金属腐蚀电化学理论基础金属腐蚀电化学理论基础 2内容回顾内容回顾内容回顾内容回顾腐蚀电池腐蚀电池腐蚀电池腐蚀电池是什么?是什么?是什么?是什么?金属腐蚀原电池金属腐蚀原电池金属腐蚀原电池金属腐蚀原电池金属腐蚀电化学过程金属腐蚀电化学过程金属腐蚀电化学过程金属腐蚀电化学过程实际中的腐蚀电池实际中的腐蚀电池实际中的腐蚀电池实际中的腐蚀电池电极电极电极电极电位与电化学腐蚀倾向电位与电化学腐蚀倾向电位与电化学腐蚀倾向电位与电化学腐蚀倾向为什么?为什么?为什么?为什么?电极电位电极电位电极电位电极电位能斯特公式:能斯特公式:能斯特公式:能斯特公式:判断方法:判断方法:判断方法:判断方法:
2、GG-nFE-nFEo o=-nF=-nF(E Eo oC C-E-Eo oA A)E-pHE-pH图图图图31 1、腐蚀反应自由能变化腐蚀反应自由能变化腐蚀反应自由能变化腐蚀反应自由能变化 GGT.PT.P与腐蚀倾向性与腐蚀倾向性与腐蚀倾向性与腐蚀倾向性 GGT.PT.P000腐蚀不可能发生。腐蚀不可能发生。腐蚀不可能发生。腐蚀不可能发生。例如:在酸性溶液中例如:在酸性溶液中例如:在酸性溶液中例如:在酸性溶液中ZnZn、NiNi、AuAu与纯盐酸反应的通式为与纯盐酸反应的通式为与纯盐酸反应的通式为与纯盐酸反应的通式为 Me+nHMe+nH+MeMen+n+n/2H+n/2H2 2其反应的自由
3、能分别是其反应的自由能分别是其反应的自由能分别是其反应的自由能分别是-35.2-35.2、-11.5-11.5和和和和103.6Kcal/mol103.6Kcal/mol由此判断:由此判断:由此判断:由此判断:ZnZn和和和和NiNi在酸中可能腐蚀;在酸中可能腐蚀;在酸中可能腐蚀;在酸中可能腐蚀;ZnZn腐蚀倾向性腐蚀倾向性腐蚀倾向性腐蚀倾向性 NiNi腐蚀倾向性;腐蚀倾向性;腐蚀倾向性;腐蚀倾向性;AuAu在酸中不会腐蚀。在酸中不会腐蚀。在酸中不会腐蚀。在酸中不会腐蚀。42 2、标准电极电位与腐蚀倾向性、标准电极电位与腐蚀倾向性、标准电极电位与腐蚀倾向性、标准电极电位与腐蚀倾向性 恒温恒压下
4、,可逆电池恒温恒压下,可逆电池恒温恒压下,可逆电池恒温恒压下,可逆电池标准电极电位与反应自由能变化:标准电极电位与反应自由能变化:标准电极电位与反应自由能变化:标准电极电位与反应自由能变化:G=-nFG=-nF E Eo o=-nF=-nF(E Eo oC C-E-Eo oA A)阴极平衡电位(阴极平衡电位(阴极平衡电位(阴极平衡电位(cathodecathode)减阳极平衡电位()减阳极平衡电位()减阳极平衡电位()减阳极平衡电位(anodeanode)如:如:如:如:CuCu2+2+Zn+Zn Cu+ZnCu+Zn2+2+则则则则 G=-nFG=-nF E Eo o=-nF(E=-nF(E
5、o o+,Cu+,Cu-E-Eo o-,Zn-,Zn)=-2=-29650096500(0.337+0.762)(0.337+0.762)=-1060.5KJ/mol=-1060.5KJ/mol金属的标准电极电位比介质中某一物质的标准电极电位更金属的标准电极电位比介质中某一物质的标准电极电位更金属的标准电极电位比介质中某一物质的标准电极电位更金属的标准电极电位比介质中某一物质的标准电极电位更负则可发生腐蚀。反之,不可能发生腐蚀。负则可发生腐蚀。反之,不可能发生腐蚀。负则可发生腐蚀。反之,不可能发生腐蚀。负则可发生腐蚀。反之,不可能发生腐蚀。金属在金属在金属在金属在2525o oC C时的标准电
6、极电位时的标准电极电位时的标准电极电位时的标准电极电位E EOO(V V,SHESHE)NernstNernst公式公式公式公式(非标准状态(非标准状态(非标准状态(非标准状态温度、浓度变化时电位的计算)温度、浓度变化时电位的计算)温度、浓度变化时电位的计算)温度、浓度变化时电位的计算)电极反应:电极反应:电极反应:电极反应:aR=bO+neaR=bO+ne-平衡电位的计算公式:平衡电位的计算公式:平衡电位的计算公式:平衡电位的计算公式:可以计算实际中金属的电位,判断实际腐蚀顺序!可以计算实际中金属的电位,判断实际腐蚀顺序!可以计算实际中金属的电位,判断实际腐蚀顺序!可以计算实际中金属的电位,
7、判断实际腐蚀顺序!实际的电位也可以进行测定!实际的电位也可以进行测定!实际的电位也可以进行测定!实际的电位也可以进行测定!3 3、E-pHE-pH图图图图A AB BC CD DF FE EA A区:铁和氢稳定区区:铁和氢稳定区区:铁和氢稳定区区:铁和氢稳定区铁不会发生腐蚀;铁不会发生腐蚀;铁不会发生腐蚀;铁不会发生腐蚀;水中的氢离子会被还原成水中的氢离子会被还原成水中的氢离子会被还原成水中的氢离子会被还原成为氢气;为氢气;为氢气;为氢气;原因在于铁原因在于铁原因在于铁原因在于铁-水体系处在低水体系处在低水体系处在低水体系处在低电位区,有大量的电子保证了电位区,有大量的电子保证了电位区,有大量
8、的电子保证了电位区,有大量的电子保证了铁的稳定和氢离子的还原。铁的稳定和氢离子的还原。铁的稳定和氢离子的还原。铁的稳定和氢离子的还原。B B区:铁腐蚀区和氢稳定区区:铁腐蚀区和氢稳定区区:铁腐蚀区和氢稳定区区:铁腐蚀区和氢稳定区铁发生腐蚀生成亚铁离子铁发生腐蚀生成亚铁离子铁发生腐蚀生成亚铁离子铁发生腐蚀生成亚铁离子;水中的氢离子会被还原成水中的氢离子会被还原成水中的氢离子会被还原成水中的氢离子会被还原成为氢气(析氢腐蚀)。为氢气(析氢腐蚀)。为氢气(析氢腐蚀)。为氢气(析氢腐蚀)。C C区:铁腐蚀区和水稳定区区:铁腐蚀区和水稳定区区:铁腐蚀区和水稳定区区:铁腐蚀区和水稳定区铁发生腐蚀生成铁离子
9、铁发生腐蚀生成铁离子铁发生腐蚀生成铁离子铁发生腐蚀生成铁离子;水中的氧气会被还原成为水中的氧气会被还原成为水中的氧气会被还原成为水中的氧气会被还原成为水分子(吸氧腐蚀);水分子(吸氧腐蚀);水分子(吸氧腐蚀);水分子(吸氧腐蚀);C C区不发生氢离子的还原区不发生氢离子的还原区不发生氢离子的还原区不发生氢离子的还原反应(析氢腐蚀)。反应(析氢腐蚀)。反应(析氢腐蚀)。反应(析氢腐蚀)。D D区:铁稳定区上方、水稳定区:铁稳定区上方、水稳定区:铁稳定区上方、水稳定区:铁稳定区上方、水稳定区和偏碱性区区和偏碱性区区和偏碱性区区和偏碱性区由于电化学腐蚀二次产物由于电化学腐蚀二次产物由于电化学腐蚀二次
10、产物由于电化学腐蚀二次产物的形成,可能形成固态的具有的形成,可能形成固态的具有的形成,可能形成固态的具有的形成,可能形成固态的具有一定保护性能的一定保护性能的一定保护性能的一定保护性能的FeFe3 3OO4 4,导致,导致,导致,导致金属进入钝化态。金属进入钝化态。金属进入钝化态。金属进入钝化态。F F区:请同学思考?区:请同学思考?区:请同学思考?区:请同学思考?A AB BC CD DF FE E10只能分析腐蚀倾向,不能指示腐蚀速度只能分析腐蚀倾向,不能指示腐蚀速度只能分析腐蚀倾向,不能指示腐蚀速度只能分析腐蚀倾向,不能指示腐蚀速度 仅适用于分析金属仅适用于分析金属仅适用于分析金属仅适用
11、于分析金属水简单体系在室温下的腐蚀行为,只考水简单体系在室温下的腐蚀行为,只考水简单体系在室温下的腐蚀行为,只考水简单体系在室温下的腐蚀行为,只考虑虑虑虑OHOH-阴离子,实际阴离子,实际阴离子,实际阴离子,实际ClCl-、SOSO4 42-2-、POPO4 43-3-影响复杂影响复杂影响复杂影响复杂只涉及纯金属,以整体平均代替局部或表面情况,与实际情只涉及纯金属,以整体平均代替局部或表面情况,与实际情只涉及纯金属,以整体平均代替局部或表面情况,与实际情只涉及纯金属,以整体平均代替局部或表面情况,与实际情况不符,且工程上多使用合金;况不符,且工程上多使用合金;况不符,且工程上多使用合金;况不符
12、,且工程上多使用合金;pHpH值是指处于平衡状态的溶液值是指处于平衡状态的溶液值是指处于平衡状态的溶液值是指处于平衡状态的溶液pHpH值,而金属表面附近溶液值,而金属表面附近溶液值,而金属表面附近溶液值,而金属表面附近溶液的的的的pHpH值与主体溶液值与主体溶液值与主体溶液值与主体溶液pHpH值是有差别的值是有差别的值是有差别的值是有差别的平衡线指金属平衡线指金属平衡线指金属平衡线指金属/该金属离子或腐蚀产物该金属离子或腐蚀产物该金属离子或腐蚀产物该金属离子或腐蚀产物/有关离子的平衡,实有关离子的平衡,实有关离子的平衡,实有关离子的平衡,实际溶液复杂;际溶液复杂;际溶液复杂;际溶液复杂;在钝化
13、区金属氧化物或氢氧化物的腐蚀在钝化区金属氧化物或氢氧化物的腐蚀在钝化区金属氧化物或氢氧化物的腐蚀在钝化区金属氧化物或氢氧化物的腐蚀/耐蚀行为未知耐蚀行为未知耐蚀行为未知耐蚀行为未知电位电位电位电位pHpH图的局限性图的局限性图的局限性图的局限性11第四节第四节 电化学腐蚀动力学电化学腐蚀动力学实际中,人们不仅关心金属设备和材料的腐实际中,人们不仅关心金属设备和材料的腐实际中,人们不仅关心金属设备和材料的腐实际中,人们不仅关心金属设备和材料的腐蚀蚀蚀蚀倾向倾向倾向倾向,更关心腐蚀过程进行的,更关心腐蚀过程进行的,更关心腐蚀过程进行的,更关心腐蚀过程进行的速度速度速度速度。由于热力学的研究方法中没
14、有考虑到由于热力学的研究方法中没有考虑到由于热力学的研究方法中没有考虑到由于热力学的研究方法中没有考虑到时间因时间因时间因时间因素素素素及及及及反应进行的细节反应进行的细节反应进行的细节反应进行的细节,因此腐蚀倾向并不能作为,因此腐蚀倾向并不能作为,因此腐蚀倾向并不能作为,因此腐蚀倾向并不能作为腐蚀速度的尺度。腐蚀速度的尺度。腐蚀速度的尺度。腐蚀速度的尺度。一个大的腐蚀倾向不一定就对应着一个高的一个大的腐蚀倾向不一定就对应着一个高的一个大的腐蚀倾向不一定就对应着一个高的一个大的腐蚀倾向不一定就对应着一个高的腐蚀速度(例如铝)。腐蚀速度(例如铝)。腐蚀速度(例如铝)。腐蚀速度(例如铝)。为此,必
15、须了解腐蚀过程的为此,必须了解腐蚀过程的为此,必须了解腐蚀过程的为此,必须了解腐蚀过程的机理机理机理机理及影响腐蚀速度的各种及影响腐蚀速度的各种及影响腐蚀速度的各种及影响腐蚀速度的各种因素因素因素因素,掌握在不,掌握在不,掌握在不,掌握在不同条件下腐蚀作用的动力学规律,并通过实验进行研究和了解解决具体问题同条件下腐蚀作用的动力学规律,并通过实验进行研究和了解解决具体问题同条件下腐蚀作用的动力学规律,并通过实验进行研究和了解解决具体问题同条件下腐蚀作用的动力学规律,并通过实验进行研究和了解解决具体问题的方法。的方法。的方法。的方法。沥青滴漏实验沥青滴漏实验沥青滴漏实验沥青滴漏实验 12一、腐蚀电
16、池的电极过程一、腐蚀电池的电极过程一、腐蚀电池的电极过程一、腐蚀电池的电极过程1 1、电化学腐蚀过程、电化学腐蚀过程、电化学腐蚀过程、电化学腐蚀过程金属金属金属金属MM1 1和和和和MM2 2构成腐蚀电池,构成腐蚀电池,构成腐蚀电池,构成腐蚀电池,因为因为因为因为E EM1M1EP PA A)(b b)阳极控制()阳极控制()阳极控制()阳极控制(R R很小很小很小很小,P PA A PPC C)I IO O-E-EI I I ImaxmaxE Ee eA AE Ee eC C(a)(a)E EcorrcorrO O-E-EI I I ImaxmaxI IE Ee eA AE Ee eC C(
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- 金属腐蚀 电化学 理论基础 动力学 详解
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