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类型第9章_电解与极化作用.ppt

  • 上传人:kpmy5893
  • 文档编号:8346662
  • 上传时间:2019-06-21
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    1、2019/6/21,第9章 电解与极化作用,2019/6/21,第9章 电解与极化作用,9.1 分解电压,9.2 极化作用,9.3 电解时电极上的反应,9.4 金属的电化学腐蚀与防腐,9.5 化学电源,2019/6/21,9.1 分解电压,使电能转变成化学能的装置称为电解池。当直流电通过电解质溶液,正离子向阴极迁移,负离子向阳极迁移,并分别在电极上起还原和氧化反应,从而获得还原产物和氧化产物。若外加一电压在一个电池上,逐渐增加电压直至使电池中的化学反应发生逆转,这就是电解。 实验表明,对任一电解槽进行电解时,随着外加电压的改变,通过该电解槽的电流亦随之变化。,2019/6/21,理论分解电压,

    2、理论分解电压 使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压,在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势。,2019/6/21,分解电压的测定,使用Pt电极电解H2O,加入中性盐用来导电,实验装置如图所示。,逐渐增加外加电压,由安培计G和伏特计V分别测定线路中的电流强度I 和电压E,画出I-E曲线。,2019/6/21,分解电压的测定,外加电压很小时,几乎无电流通过,阴、阳极上无氢气和氧气放出。,随着E 的增大,电极表面产生少量氢气和氧气,但压力低于大气压,无法逸出。所产生的氢气和氧气构成了原电池,外加电压必须克服这反电动势,继续增加电压,I 有少许增加,如图中1-2段。,2019

    3、/6/21,分解电压的测定,当外压增至2-3段,氢气和氧气的压力等于大气压力,呈气泡逸出,反电动势达极大值 Eb,max。,再增加电压,使I 迅速增加。将直线外延至I =0处,得E(分解)值,这是使电解池不断工作所必需外加的最小电压,称为分解电压。,2019/6/21,实际分解电压,2019/6/21,9.2 极化作用,2019/6/21,极化的类型,根据极化产生的不同原因,通常把极化大致分为两类:浓差极化和电化学极化。,(1)浓差极化 在电解过程中,电极附近某离子浓度由于电极反应而发生变化,本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化,就导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度,这种

    4、浓度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化。,用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化,但也可以利用滴汞电极上的浓差极化进行极谱分析。,2019/6/21,极化的类型,(2)电化学极化,电极反应总是分若干步进行,若其中一步反应速率较慢,需要较高的活化能,为了使电极反应顺利进行所额外施加的电压称为电化学超电势(亦称为活化超电势),这种极化现象称为电化学极化。,2019/6/21,超电势(overpotential),在某一电流密度下,实际发生电解的电极电势 与平衡电极电势之间的差值称为超电势。,为了使超电势都是正值,把阴极超电势 和阳极超电势 分别定义为:,阳极上由于超电势使电极电势变大,阴极上由于超电

    5、势使电极电势变小。,2019/6/21,极化曲线(polarization curve),超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线,极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。,(1)电解池中两电极的极化曲线,随着电流密度的增大,两电极上的超电势也增大,阳极析出电势变大,阴极析出电势变小,使外加的电压增加,额外消耗了电能。,2019/6/21,极化曲线(polarization curve),2019/6/21,极化曲线(polarization curve),2019/6/21,极化曲线(polarization curve),2019/6/21,氢超电势,电解质溶液通

    6、常用水作溶剂,在电解过程中, 在阴极会与金属离子竞争还原。,利用氢在电极上的超电势,可以使比氢活泼的金属先在阴极析出,这在电镀工业上是很重要的。,例如,只有控制溶液的pH,利用氢气的析出有超电势,才使得镀Zn,Sn,Ni,Cr等工艺成为现实。,2019/6/21,氢气在几种电极上的超电势,金属在电极上析出时超电势很小,通常可忽略不计。而气体,特别是氢气和氧气,超电势值较大。,氢气在几种电极上的超电势如图所示。可见在石墨和汞等材料上,超电势很大,而在金属Pt,特别是镀了铂黑的铂电极上,超电势很小,所以标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。,影响超电势的因素很多,如电极材料、电极表面状态、电流密度、温度

    7、、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。,2019/6/21,氢气在几种电极上的超电势,2019/6/21,这就称为Tafel 公式。式中 j 是电流密度, 是单位电流密度时的超电势值,与电极材料、表面状态、溶液组成和温度等因素有关, 是超电势值的决定因素。 在常温下一般等于 。,早在1905年,Tafel 发现,对于一些常见的电极反应,超电势与电流密度之间在一定范围内存在如下的定量关系:,Tafel 公式(Tafels equation),2019/6/21,9.3 电解时电极上的反应,阴极上的反应 电解时阴极上发生还原反应。发生还原的物质通常有(1)金属离子,(2)氢离子(中性水溶液中 )。

    8、,判断在阴极上首先析出何种物质,应把可能发生还原物质的电极电势计算出来,同时考虑它的超电势。电极电势最大的首先在阴极析出。,2019/6/21,电解时电极上的反应,阳极上的反应 电解时阳极上发生氧化反应。发生氧化的物质通常有:(1)阴离子,如 等,(2)阳极本身发生氧化。,判断在阳极上首先发生什么反应,应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来,同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化。,2019/6/21,电解时电极上的反应,2019/6/21,电解时电极上的反应,金属离子的分离,如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子,可以控制外加电压的大小,使金属离子分步析出而达到分离的目的。,为

    9、了使分离效果较好,后一种离子反应时,前一种离子的活度应减少到 以下,这样要求两种离子的析出电势相差一定的数值。,2019/6/21,例:用Pt电极电解含CuSO4(0.1 mol dm-3), ZnSO4(0.1 mol dm-3)和H2SO4(0.1 mol dm-3)的混合溶液, 电解时那种物质先析出,初始电压是多少? 当第二种金属析出时,电压应为多少?此时溶液中第一种金属的残余浓度是多少? (3) 当电压加到多大时,H2开始析出? 已知H2在Cu上的超电势为1V,在Zn上的超电势为1.3V, 在 Pt上的超电势可忽略不计。,2019/6/21,电极反应:,Cu2+ + 2e- Cu =

    10、0.307 V Zn2+ + 2e- Zn = - 0.792 V2H+ + 2e- H2 = - 0.041 V,阴极:,阳极:,H2O 2H+ + O2 + 2e- = 1.187V,比较上述阴极反应,Cu先析出,E = + - - = 1.187V 0.307V = 0.880 V,2019/6/21,H2在Cu上的超电势为1 V ,Cu2+完全析出后,cH+=0.4mol L-1, (H+|H2)= ir(H+|H2)-=-1.021V, 因此Zn将接着析出。,当Zn析出时 - = Zn= -0.792 V,Cu2+的浓度,2019/6/21, +=?,H2O 2H+ + O2 + 2

    11、e-,此时溶液中的H+ 的浓度为 0.4 mol dm-3,2019/6/21,当H2在Zn上析出时,= 1.3V ,(H2)= -1.341V,阳极H+的浓度为0.6 mol dm-3, + = 1.216V,E= 2.557V,2019/6/21,电解时电极上的反应,2019/6/21,9.4 金属的电化学腐蚀和防腐,金属腐蚀的危害十分严重,全世界每年由于金属腐蚀而损失的金属与相当于其年产量的20%-30%,其危害不仅在于金属材料本身损失,而是由于腐蚀造成设备损害后出现的恶性事故,如孔蚀可造成气体管道漏气产生爆炸,应力腐蚀引起飞机结构的破坏甚至坠毁,这种腐蚀的造成的间接破坏使得人们必须对金

    12、属腐蚀和防腐问题加以关注。金属腐蚀是金属及其合金在周围介质的作用下发生物理化学作用而使金属(或合金)破坏的现象.引起腐蚀的因素很多。金属腐蚀的原因可以分为两大类。,2019/6/21,金属的电化学腐蚀和防腐,金属腐蚀分两类:,(1)化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀,称为化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。,(2)电化学腐蚀 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等,因形成微电池,金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。,2019/6/21,2019/6/21,2019/6/21,特大化学灾难,1984处12月2

    13、日凌晨,,一大片带着致命气体的有毒乌云,突然降临到印度的博帕尔市上空,造成了3万多人死亡,,18万人严重受伤。事后调查,,由于腐蚀作用造成该市一个,化工厂的气体管道出现了裂缝,,从而导致了这场史无前例的,2019/6/21,原因也是因为地下煤气管道被腐蚀造成煤气泄漏。,1993年,在西班牙奥图埃利,亚比斯卡伊纳镇,一,所学校发生爆炸,造成50名儿童和,3名成年人死亡,其,2019/6/21,金属的电化学腐蚀和防腐,电化学腐蚀的例子:,铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈?,带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中,表面被潮湿空气或雨水浸润,空气中的 和海边空气中的NaCl溶解其中,形成电解质溶液,这样组成了

    14、原电池,铜作阴极,铁作阳极,所以铁很快腐蚀形成铁锈。,2019/6/21,金属的电化学腐蚀和防腐,2019/6/21,铁锈的组成,2019/6/21,腐蚀时阴极上的反应,2019/6/21,腐蚀时阴极上的反应,2019/6/21,金属的防腐,(1)非金属防腐 在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等,将金属与腐蚀介质隔开。,(2)金属保护层 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au,Ag,Ni,Cr,Zn,Sn等金属,保护内层不被腐蚀。,2019/6/21,金属的防腐,(3)电化学保护,1牺牲阳极 将被保护的金属如铁作阴极,较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。,2阴极保护

    15、外加电源组成一个电解池,将被保护金属作阴极,废金属作阳极。,3阳极保护 用外电源,将被保护金属接阳极,在一定的介质和外电压作用下,使阳极钝化。,2019/6/21,金属的钝化,2019/6/21,金属的防腐,(4)加缓蚀剂 在可能组成原电池的体系中加缓蚀剂,改变介质的性质,降低腐蚀速度。,(5)制成耐蚀合金 在炼制金属时加入其它组分,提高耐蚀能力。如在炼钢时加入Mn,Cr等元素制成不 锈钢。,2019/6/21,牺牲阳极(保护阴极),2019/6/21,例如制造各种耐腐蚀的合金,如在普通钢铁中加入铬、镍等制成不锈钢。,改变金属的内部组织结构,2019/6/21,保护层法:在金属表面覆盖保护层,

    16、使金属制品与周围腐蚀介质隔离,从而防止腐蚀。,在钢铁制件表面涂上机油、凡士林、油漆或覆盖搪瓷、塑料等耐腐蚀的非金属材料。,2019/6/21,用电镀、热镀、喷镀等方法,在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属,如锌、锡、铬、镍等。,这些金属常因氧化而形成一层致密的氧化物薄膜,从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。,2019/6/21,9.5 化学电源,(1)燃料电池 又称为连续电池,一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质,以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。,化学电源分类,(2)二次电池 又称为蓄电池。这种电池放电后可以充电,使活性物质基本复原,可以重复、多次利用。如常

    17、见的铅蓄电池和其它可充电电池等。,(3)一次电池 电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之后,就不能再次利用,如干电池。这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。,2019/6/21,电池发明的小故事,1791年他在解剖时在实验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上,发现蛙腿会有肌肉抽搐的现象。加瓦尼认为动物的组织会产生电流,而金属是传递电流的导体。,他从独特的角度认为电流是由两种不同的金属产生的,经过一系列的实验,终于在1800年成功研制了世界上第一个能产生稳定电流的电池(见下图)。,(意大利生物学家加瓦尼),(法国物理学家、化学家伏特),2019/6/21,化学电源的发展简史,1791年,意

    18、大利生物学家加瓦尼(Galvani)首先发现了所谓的生物电 1800年,意大利的伏达(Volta)制造出了世界上第一个真正的化学电源,也称伏打电堆。 1859年,法国的普兰特(plante)发明的铅酸蓄电池 1868年法国的勒克朗谢发明的锌二氧化锰电池; 1899年杨格尔(Junguer)发明的镉镍电池; 1901年爱迪生(Edison)发明的铁镍电池,2019/6/21,化学电源的发展简史,二次世界大战期间出现了ZnHgO电池 烧结式CdNi电池 ZnAgO电池,1943年法国的安德烈使之实用 1949年出现了镁电池 5060年代又研制出了燃料电池、NaS电池、大功率的金属空气电池等等。 7

    19、0年代非水溶液的锂电池, 76年氢镍电池 90年代的锂离子电池,2019/6/21,电池的标识,电池的生产厂商、型号 电池的种类,3. 额定电压,4. 额定容量,2019/6/21,各种形状的电池,2019/6/21,电池的组合,2019/6/21,化学电源的应用,日常生活 工农业生产 通讯 煤矿 交通运输 军事 宇航,2019/6/21,用途广泛的电池,用于“神六”的太阳能电池,笔记本电脑专用电池,手机专用电池,摄像机专用电池,各式各样的 纽扣电池,2019/6/21,化学电源的应用,2019/6/21,化学电源在汽车上的应用,2019/6/21,化学电源性能指标,1. 电动势与开路电压;

    20、2. 工作电压与电池内阻; 3. 电池容量与放电深度; 4. 比能量与比功率; 5. 电池寿命; 6. 充电性能。,2019/6/21,化学电源,正极:常选用金属氧化物 负极:常选用较活泼金属 与活性物质一起构成电极的添加剂一般有:导电剂、粘结剂、缓蚀剂等。 电解液:高导电率,化学稳定性好、不易挥发、易于 长期贮存 隔膜:较高离子传输能力,较低电子导电能力,好的化学稳定性和一定的机械强度。,2019/6/21,锌锰电池:,中性锌锰电池:,负极:,正极:,电池反应:,2019/6/21,中性锌锰电池:,2019/6/21,碱性锌锰电池:,负极:,正极:,电池反应:,2019/6/21,由于阴极反

    21、应不全是固相反应,负极为阳极反应是可溶性的Zn(OH)42-,故内阻小,放电后电压恢复能力强。碱性锌锰电池采用了高纯度、高活性的正、负极材料,以及离子导电性强的碱作为电解质,使电化学反应面积成倍增长特点:(1)开路电压为15V;(2)工作温度范围宽在2060之间, 适于高寒地区使用;(3)大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池 的5倍左右;(4)贮存寿命长。,碱性锌锰电池:,2019/6/21,碱性镍镉电池:,负极:,正极:,电池反应:,特点:自放电小,贮存寿命长,耐过充放电能力强。,2019/6/21,镍氢电池:,负极:,正极:,电池反应:,特点:比能量高,环保,无记忆效应,充放电循环寿命长,耐

    22、过充放电能力强,2019/6/21,铅酸电池:,负极:,正极:,电池反应:,特点:价格低廉,电压高且稳定,电池容量大。,2019/6/21,铅酸电池:,2019/6/21,锂离子电池,20世纪60年代开始研制锂电池 1990年日本Sony公司率先研制成功锂离子电池,结构:,Li(C) 含锂盐的有机溶质 嵌Li的化合物,2019/6/21,Li离子电池,Li离子电池的结构示意图,负极,正极,2019/6/21,嵌锂电极材料,正极材料:层状LiMO2化合物:LiCoO2 , LiVO2 , LiNiO2,LiMnO2,尖晶石型 LiM2O4化合物:LiCo2O4, LiV2O4, LiMn2O4,

    23、。,2019/6/21,负极材料:,碳 材 料,石墨,天然或人工石墨石墨化碳,碳纤维,介稳相球状碳,非石墨,软碳(焦炭),硬碳,Polyacene 线性石墨混合物,掺杂型碳,金属氧化物:SnO、WO2、MoO2、TiO2、VO2、LixFe2O3、Li4Ti5O12等,2019/6/21,Li离子电池,Li离子电池的工作原理,负极: 石墨,焦炭,正极:,负极反应:,正极反应:,总反应:,2019/6/21,Li离子电池,Li离子电池的优点:,1.通讯,如手机;,Li离子电池的用途:,1.重量轻(从金属壳到塑料壳),能量密度大;,2.优良、安全,有防暴阀,无环境污染;,3.循环寿命较长;,4.成

    24、本较低。,2.电子器件,电脑等;,3.人造器官用电,如心脏起博器等。,2019/6/21,燃料电池,能量利用率高,清洁环保,2019/6/21,燃料电池基本原理,2019/6/21,燃料电池是一种高效、无噪音、 无污染、直接产生电力的能源,将来必将代替热机。-Ostwald- (1894),热机的理论效率 60%实际效率 20% 30%,燃料电池的理论效率 80%实际效率 60%,燃料电池基本原理,2019/6/21,德国研制成有机太阳能电池,德国科研机构最近宣布研制成功了以普通有机聚合物为核心的太阳能电池。目前的太阳能电池主要依靠硅或稀有金属合金制成的面板实现光电转 换,其昂贵的价格妨碍了太

    25、阳能电池的普及。德国奥尔登堡大学、德累斯顿 大学、弗劳恩霍夫太阳能研究所等科研机构发现,普通PVC聚合塑料颗粒 就可以实现光电转换。研究人员发现,当聚合塑料粒子受阳光照射的时候,其表面碳原子的电 子振动明显加快,振幅加大,但返回碳原子轨道的速度却慢得多,这样在若 干微秒的时段内就形成了“电子空穴对”。为了使这种“电子空穴对”形成 电流,研究人员制成了一个“夹层”,它一面是金属铝,另一面是锌铟金属 氧化物,中间填充塑料粒子。这样的“夹层”本身在两层之间就存在电场,聚 合塑料粒子起到了绝缘层的作用。但是当阳光照射的时候,由于聚合有机物 的碳原子产生“电子空穴对”,带负电的电子向铝金属层流动,而带正

    26、电的 “空穴”向锌铟金属氧化物层流动,结果就形成了电流。,2019/6/21,有机太阳能电池,领导该项研究的弗拉基米尔迪亚科夫称,有机 太阳能电池板目前能产生毫伏的电压和每平 方厘米毫安的电流,稳定的光电转换效率约为 。他说,这种电池产生的电流是硅太阳能电池 板的五分之一至八分之一,但经过改进后可提高 倍。目前研究人员正在设法提高有机太阳能电 池的工作稳定性。,2019/6/21,三星SDI开发出新型燃料电池,可为笔记本供电15小时,三星SDI公司日前表示开发出一款用于笔记本电脑的燃料电池,并称连续使用时间是目前其它同类产品的2倍。 三星SDI介绍说,这款燃料电池能量密度为200Wh/L。这款

    27、电池大约由200立方厘米的液态甲醇供能,能持续工作约15小时。这与东芝或NEC公司的能量密度为100130Wh/L的笔记本电脑燃料电池相比,持续使用时间更长。 三星SDI研发中心研究人员表示:这项新技术从液态甲醇中分解出氢,获得大约20瓦的平均功率输出,最高输出功率可达50瓦。 这款燃料电池尺寸为8.2235.3cm,重量小于1kg。三星SDI称,它比其竞争对手的产品更加小巧和紧凑。 三星SDI燃料电池项目预算大约为1,000万美元,共有40名研究人员。2005年7月,三星SDI曾宣称开发出丁烷供能的燃料电池,用于家庭中突然停电后的紧急供电。,2019/6/21,辅导答疑9.1,答:理论分解电

    28、压是使某电解质溶液能连续不断发生电解时,所必须外加的最小电压,在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势。,9.1 什么是理论分解电压?,2019/6/21,輔导答疑 9.2,答:要使电解池顺利地进行连续反应,除了克服作为原电池时的可逆电动势外,还要克服由于极化在阴、阳极上产生的超电势,以及克服电池电阻所产生的电位降 。这三者的加和就称为实际分解电压,显然它的数值会随着通入电流强度的增加而增加。,9.2 什么是实际分解电压?,2019/6/21,輔导答疑 9.3,答:当电极上无电流通过时,电极处于平衡状态,这时的电极电势分别称为阳极平衡电势和阴极平衡电势。在有电流通过时,随着电极上电流密度

    29、的增加,电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大,这种偏离称为电极的极化。,9.3 什么叫电极的极化?,2019/6/21,輔导答疑 9.4,答:当电流通过电极时,由于发生了极化作用,使电极电势偏离平衡值,这偏离值就称为超电势。超电势是电极极化的一种量度。无论是原电池还是电解池,当发生极化时,实际的阳极析出电势相对于平衡电势向正方向移动,阴极析出电势相对于平衡电势向负方向移动。,9.4 什么叫超电势?,2019/6/21,輔导答疑 9.5,答:金属腐蚀通常分两类: (1)化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀,称为化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。,9

    30、.5 金属腐蚀通常分几类?,(2)电化学腐蚀 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等,因形成微电池,金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。,2019/6/21,輔导答疑 9.6,答:通常有两类反应: (1)析氢腐蚀 在酸性介质中,氢离子在阴极上还原成氢气析出,如果氢离子的活度为10-7,则阴极的电极电势为-0.413V。 (2)耗氧腐蚀 如果既有酸性介质,又有氧气存在,在阴极上发生消耗氧的还原反应。这时阴极的电极电势为0。816V,与阳极组成原电池的电动势比析氢腐蚀大得多,显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。,9.6 金属铁腐蚀时,阴极上有哪几类反应?,

    31、2019/6/21,輔导答疑 9.7,答:实际分解电压要克服三种阻力:原电池的可逆电动势,这数值通常称为理论分解电压;由于两个电极上发生极化而产生的超电势,通常称为不可逆电动势;克服电池内阻必须付出的电位降。E(分解)=E(理论)+h(阳)+h(阴)+IR,9.7 为什么实际分解电压总要比理论分解电压高?,2019/6/21,輔导答疑 9.8,答:无论是原电池还是电解池,阳极的极化曲线向电势增大的方向移动,阴极的极化曲线向电势减少的方向移动。,9.8 在电解池和原电池中,极化曲线有何异同点?,所不同的是,电解池中由于超电势的存在使分解电压变大,而原电池中由于超电势的存在使电池的不可逆电动势下降

    32、,作功能力也下降。,2019/6/21,輔导答疑 9.9,答:电解池中,由于超电势的存在,使电能的消耗增加。但是,可以利用氢在阴极上的超电势,使比氢活泼的金属先析出来;或利用氧在阳极上的超电势,使氯气比氧气先析出来。,9.9 在电解池和原电池中,由于超电势的存在,各有什么利弊?,原电池中由于超电势的存在,使电池作功能力下降,但可以利用超电势使电化腐蚀的微电池发生极化,电动势下降,减缓腐蚀速度。,2019/6/21,輔导答疑 9.10,答:在靠近水面的部分腐蚀最严重。因为水下部分虽然有CO2等酸性氧化物溶于水中,但H+ 离子浓度还是很低的,发生析氢腐蚀的趋势不大;在空气中的部分,虽然与氧气接触,

    33、但无电解质溶液,构成微电池的机会较小;而在靠近水面的部分,既有氧气,又有微酸性的电解质溶液,所以很容易发生耗氧腐蚀,因而这部分腐蚀最严重。,9.10 将一根均匀的铁棒部分插入水中,经若干时间后,哪一部分腐蚀最严重?为什么?,2019/6/21,輔导答疑 9.11,答:这实际是一个电解水的过程,硫酸钠仅仅起了导电作用。在阳极上放出氧气,阳极附近氢离子浓度较大,溶液呈红色;在阴极上析出氢气,阴极附近氢氧根离子浓度较大,溶液呈兰色。,9.11 以金属铂为电极,电解Na2SO4水溶液。在两极附近的溶液中各滴加数滴石蕊试液,观察在电解过程中两极区溶液颜色有何变化?为什么?,2019/6/21,輔导答疑

    34、9.12,答:在镀层没有被破坏之前,两种防腐的效果是一样的。但是镀层一旦有破损,则防腐效果就大不相同。,9.12 为了防止铁生锈,分别电镀上一层锌和一层锡,两者防腐效果是否一样?,镀锡铁俗称马口铁,锡没有铁活泼,组成原电池,锡作阴极,称为阴极保护层,而铁作阳极,这样腐蚀得更快;,镀锌铁俗称白铁,锌比铁活泼,组成原电池时锌作阳极,称为阳极保护层,锌氧化,铁作阴极,仍不被腐蚀。,2019/6/21,輔导答疑 9.13,答:不是,那种涂料是有毒的,一般含有铅化合物,主要用来杀死附在船底的浮游生物,以免影响航行速度。,9.13 新下水的海轮底部涂的桔黄色涂层是为了防腐吗?,2019/6/21,輔导答疑

    35、 9.14,答:心脏起博器要植入人体内部,要求化学电源无毒、轻巧和使用寿命长。目前主要用的电源是锂电池,用固体碘作电解质,满足无毒、不泄漏、轻巧的要求,一般使用寿命为10年以上。但锂电池功率较小,还不能用于人工胃和人工心脏。,9.14 心脏起博器里应该用什么样的化学电源?,2019/6/21,輔导答疑 9.15,答:因为氧气在石墨上有很大的超电势,无法析出,所以在阳极上可以获得氯气作为化工原料。如果用其他材料,氧气超电势小,很可能阳极上析出的是氧气而不是氯气。,9.15 在氯碱工业中电解NaCl水溶液,获得氢气、氯气和氢氧化钠等化工原料。为什么电解时用石墨作阳极?,2019/6/21,輔导答疑

    36、 9.16,答:纯锌只发生化学腐蚀,而粗锌既发生化学腐蚀,又发生电化学腐蚀。因为锌比铁活泼,构成微电池时锌作阳极,发生氧化,在两种腐蚀同时作用的情况下,粗锌很快被腐蚀掉。如果含的杂质比锌活泼,那样的粗锌与硫酸作用不一定比纯锌快。,9.16 为什么含有铁杂质的粗锌在相同浓度的硫酸中比纯锌反应快?,2019/6/21,輔导答疑 9.17,答:对小铁船,刷上一层非金属保护层,将船身与海水隔离,一旦涂层破坏,检修也比较容易。,9.17 如何防止在海洋里的用钢铁制成的船只被腐蚀?,对大海轮,用阳极保护器保护,在船底嵌上锌块,这样形成的原电池船体为阴极,锌块为阳极,被腐蚀,过若干时间再更换锌块。,对不易检

    37、修的远洋轮,用阴极电保护方法,即外加一个直流电源,将船体接到负极上,作为阴极而被保护,将正极接到一个牺牲性阳极上,如一堆废铁,让它氧化。,2019/6/21,輔导答疑 9.18,答:可以归纳出5个共同点: (1)无论是原电池还是电解池,其正极的电势总是高于负极电势; (2)阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应; (3)阳离子总是迁向阴极,阴离子总是迁向阳极; (4)还原电势最低的首先在阳极上发生氧化,电极电势最高的首先在阴极上发生还原反应。 (5)由于极化作用,阳极的析出电势变大,阴极的析出电势变小。,9.18 原电池和电解池有哪些相同点?,2019/6/21,輔导答疑 9.19,答:(1)原电

    38、池是将化学能转变成电能,而电解池是将电能转变成化学能; (2)原电池中,阳极是负极,阴极是正极。电解池中,阳极是正极,阴极是负极; (3)原电池中,电极的极性由电极本身的化学性质决定,电势低的作负极,高的作正极;而电解池中电极的极性由所接的外电源决定。 (4)由于极化,原电池的实际电动势比可逆电动势小,电解池中实际分解电压比理论分解电压高。,9.19 原电池和电解池有哪些哪些不同点?,2019/6/21,輔导答疑 9.20,答:氢、氧燃料电池的电解质溶液可以是酸性,也可以是碱性,在pH 1-14的范围内,电池反应相同,标准电动势都是 1.229 V。,9.20 H2-O2燃料电池在酸、碱性不同的介质中,它的电池反应有何不同?,

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