电化学腐蚀热力学课件.ppt

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1、电化学腐蚀基础概述金属电化学腐蚀--金属材料与电解质溶液相互接触时，在界面上将发生有自由电子参加的广义氧化与还原反应，导致界面处的金属变为离子、络离子而溶解，或生成氧化物、氢氧化物等稳定的化合物，从而破坏了金属材料的特性，这个过程称为电化学腐蚀。原电池原电池：将氧化还原反应的化学能转变为电能的装置。腐蚀电池：只导致金属材料破坏而不能对外界作有用功的短路原电池称为腐蚀电池。特点：不可逆，只能导致金属材料破坏，电流不对外做功，以热能的形式散发。一个腐蚀电池，必须包括阴极、阳极、电介质溶液和连接阴阳极的电子导体四个不可分割的部分。腐蚀电池的工作历程三个基本过程：1.阳极过程－－

2、金属进行阳极溶解2.阴极过程－－还原反应：3．电流的流动二．腐蚀原电池的类型两大类：宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池（一）宏观腐蚀电池1.不同类金属浸于电解质溶液中形成电偶电池（或腐蚀电偶）（1）不同的金属浸于不同的电解质溶液中，当电解液连通且两金属短路时，即构成宏观腐蚀电池，如短路丹聂尔电池Zn∣ZnSO4║CuSO4∣Cu阳极：Zn→Zn2++2e阴极：Cu2++2e→Cu（2）不同的金属在同一电解液中相接触－构成电偶电池(GalvanicCell)如：Fe和Cu同时浸入NaCl溶液中Fe∣NaCl∣Cu其电池反应：阳极：Fe→Fe2++2e阴极：O2+2H2O+4e→4OH-

3、或2H++2e→H2Fe溶解，氧或氢离子还原电位较负的金属(阳极)腐蚀加快电位较正的金属(阴极)腐蚀减慢---两种金属电极电位相差愈大，可能引起的腐蚀愈严重。2．浓差电池同一种金属浸入不同浓度的电解液中，或者虽在同一电解液中但局部浓度不同，都可形成浓差腐蚀电池。①盐浓差电池Cu∣CuSO4稀║CuSO4浓∣Cu在稀CuSO4Cu电极为阳极Cu→Cu2++2e在浓CuSO4Cu电极为阴极Cu2++2e→Cu②氧浓差电池－－由于金属与含氧量不同的介质接触而形成。两块铁片浸在同浓度稀NaCl溶液中：O2+2H2O+4e→4OH-氧不易到达处，金属的电位低－－－阳极，遭到腐蚀。3温差

4、腐蚀电池浸入电解质溶液中的金属各部分，由于温度不同，可形成温差电池。（二）微观腐蚀电池1．金属表面化学成分的不均匀性引起的微电池2．金属组织不均匀性构成的微电池多晶体材料，晶界的电位通常比晶粒内部要低－－微电池的阳极。3．金属物理状态的不均匀性引起的微电池金属各部分变形、加工不均匀、晶粒畸变，都会导致形成微观电池。一般形变大、内应力大部分为阳极区，易遭受腐蚀。此外，温差、光照等不均匀，也可形成微观电池。4．金属表面膜不完整引起的微电池热力学判据电化学腐蚀的倾向（趋势）的判断——电极电位一.电极一个完整的腐蚀电池，是由两个电极组成。一般把电池的一个电极称作半电池。电极不仅包含电

5、极自身，而且也包括电解质溶液在内。电极可定义为：电子导体与离子导体构成的体系。电极可分为单电极和多重电极。单电极是指在电极的相界面上只发生惟一的电极反应，而多重电极则可能发生多个电极反应。常见到的电极:金属电极金属在含有自己的离子溶液构成的电极称为金属电极–Cu→Cu2++2e常以Cu2+/Cu，Zn2+/Zn等表示铜电极和锌电极.2.气体电极贵金属和化学稳定性比较高的金属--不能以离子形式迁移到溶液中--在相界面上只交换电子而不交换离子.（1）氢电极H22H++2e（2）氧电极O2+4e+2H2O4OH-3.氧化还原电极（简称氧还电极）将金属—溶液界面上只有电子可以交换和迁

6、移的金属电极称为氧化还原电极，亦称惰性金属电极.二．双电层1．双电层的建立（1）水化的力量能克服金属晶格中金属正离子和电子之间的引力－－金属表面的一些金属正离子脱离金属，进入溶液而成为水化离子→→金属表面积累了过剩的电子，使金属表面带负电.形成金属表面带负电，紧靠金属表面的液层带正电的双电层.(2)水化的力量不能克服金属晶格中金属正离子和电子之间的引力---溶液中的一部分已水化了的金属离子解脱水化作用向金属表面沉积，使金属表面带正电。(3)金属不能被水化例如正电性的金属铂上能吸附一层氧分子，氧化性的氧分子在铂上夺取电子并和水作用生成氢氧离子。其电化学反应为称为氧电极.类似的还

7、有氢电极，统称为气体电极。气体电极的特点是作为电极的固体金属或非金属材料本身并不参与电极反应，只起导电的作用.2.双电层的结构（1）平板双电层模型.（2）分散双电层模型绝对电极电位:双电层引起的电位差称为该金属／溶液体系的绝对电极电位。相对电极电位:参考电极为某温度下的标准氢电极，并视其电位为零，由此而测得的各种材料的电极电位称为氢标电位(SHE)。常选用甘汞电极、银—氯化银电极、铜—硫酸铜电极等作为参考电极。三.电极电位1.绝对电极电位与氢标电极电位双电层的电位差－－绝对电极电位实际使用相对电极电位。