什么是电化学
《金属的电化学腐蚀与防护》 讲义
《金属的电化学腐蚀与防护》讲义一、金属腐蚀的危害在我们的日常生活和工业生产中，金属材料无处不在。
从小小的螺丝钉到庞大的桥梁建筑，金属都发挥着至关重要的作用。
然而，有一个“敌人”始终威胁着金属的稳定存在，那就是腐蚀。
金属腐蚀会带来诸多严重的危害。
首先，它会导致金属材料的强度降低，使得原本坚固的结构变得脆弱不堪。
比如，一座长期遭受腐蚀的桥梁，可能会在某一天突然坍塌，造成无法估量的生命和财产损失。
其次，腐蚀会增加设备的维修和更换成本。
工厂里的机器设备如果经常受到腐蚀，就需要频繁地进行维修，甚至提前更换，这无疑会增加企业的生产成本，降低生产效率。
再者，金属腐蚀还可能造成环境污染。
一些腐蚀产物可能是有毒有害物质，它们进入土壤、水源，会对生态环境造成破坏。
二、金属电化学腐蚀的原理要理解金属的电化学腐蚀，我们首先得明白什么是电化学。
简单来说，电化学就是研究电能和化学能相互转化的一门科学。
当金属与周围的电解质溶液接触时，就可能发生电化学腐蚀。
这主要包括两种常见的类型：吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
吸氧腐蚀通常在中性或弱酸性环境中发生。
以铁为例，铁会失去电子变成亚铁离子进入溶液：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺。
同时，空气中的氧气在水的作用下得到电子，生成氢氧根离子：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻。
亚铁离子和氢氧根离子进一步反应，生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁再被氧化为氢氧化铁，最终形成铁锈。
析氢腐蚀则常见于酸性较强的环境。
还是以铁为例，铁失去电子：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺，同时溶液中的氢离子得到电子生成氢气：2H⁺＋2e⁻＝ H₂↑。
三、影响金属电化学腐蚀的因素金属电化学腐蚀的速率和程度受到多种因素的影响。
首先是金属本身的性质。
不同的金属在相同的环境中，腐蚀的难易程度是不同的。
例如，在潮湿的空气中，铁很容易生锈，而金则几乎不会被腐蚀。
这是因为金的化学性质非常稳定，不容易失去电子。
其次是环境因素。
湿度、温度、酸碱度等都会对腐蚀产生重要影响。
电化学原理复习资料
第一章 绪论思考题1、第一类导体和第二类导体有什么区别？答：区别：载流子的不同。
第一类导体载流子为物体内部自由电子或空穴，第二类导体的载流子为正负离子。
注意：①不要漏掉空穴，②部分同学认为载流子在各自导体间导电过程涉及化学变化。
这是不对的，只有在两类导体界面上传递时才会出现化学反应。
2、什么是电化学体系？你能举出两﹑三个实例加以说明吗？ 答：电化学体系是指由两类不同导体组成的，是一种在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系。
实例:①镀锌的电解池，其外电路是由第一类导体组成的，而电解质是由第二类导体组成，在正极上发生氧化反应（Zn 和OH -失去电子的反应），在负极上发生还原反应（Zn 2+和H +得电子的反应。
②丹尼尔电池，其外部电路时由第一类导体组成，而溶液是由第二类导体组成，其阳极上发生还原反应，阴极上发生氧化反应。
注意： ①例子不能写得过于简单，要具体说明。
②“阴”、“阳”的字迹一定写清楚。
4、能不能说电化学反应就是氧化还原反应？为什么？答：不能。
因为电化学反应是发生在电化学体系中的，并伴随有电荷的转移的化学反应。
而氧化还原反应则是指在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应。
注意：强调电化学体系，电化学反应要在两类导体组成的体系中发生反应。
而氧化还原反应则没有导体类型的限制。
6、影响电解质溶液导电性的因素有哪些？为什么？答：①电解质溶液的几何因素。
对单位体积溶液，电解质溶液的导电性与离子在电场作用下迁移的路程和通过的溶液截面积有关，这同单位体积金属导体受其长度和横截面积的影响类似。
②离子运动速度。
离子运动速度越大，传递电量就越快，导电能力就越强。
离子运动速度又受到离子本性、溶液总浓度、温度、溶剂粘度等的影响。
③离子浓度。
离子浓度越大，则单位体积内传递的电量就越大，导电能力越强。
但如果离子浓度过大，离子间距离减少，其相互作用就加强，致使离子运动的阻力增大，这反而能降低电解质的导电性能。
电化学思考和课后答案第一章
思考题2、什么是电化学体系？你能举出两、三个实例加以说明吗？答：电化学体系是由两类不同导体组成的，是一种在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系。
实例：1）镀锌的电解池，其外电路是由第一类导体组成的，而电解质是由第二类导体组成，在正极上发生氧化反应（Zn 和OH -失去电子的反应），在负极上发生还原反应（Zn 2+和H +得到电子的反应）。
2）丹尼尔电池，其外部电路是由第一类导体组成，而溶液是由第二类导体组成，其阳极上发生还原反应，阴极发生氧化反应。
3.有人说：“像阳离子就是正离子,阴离子就是负离子一样阳极就是正极阴极就是负极”。
这种说法对吗？为什么？答：这种说法是明显错误的。
无论在原电池还是电解池中，都有如下定义： 正极：电势较高的电极； 负极：电势较低的电极； 阳极：发生氧化反应的电极； 阴极：发生还原反应的电极。
阴离子总是移向阳极阳离子总是移向阴极。
原电池中,正极=阴极,负极=阳极; 电解池中,正极=阳极,负极=阴极11.电解质溶液的标准态是如何选定的？它和纯液体的标准状态有何不同？答：理想溶液中组分i 的化学势等温式为 真实溶液中，由于存在各种离子间的相互作用，使真实溶液的性质与理想溶液有一定的偏差，不能直接应用上式。
为了保持化学势公式有统一的简单形式，引入一个新的参数α活度，来代替上式中的浓度。
真实溶液化学势等温式可写为 活度与浓度的比值能反映粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差， 称为活度系数。
通常用符号f 表示。
即，同时，规定活度等于1 的状态为标准状态。
对于固态物质、液态物质和溶剂这一标准状态为它们的纯物质状态。
即规定纯物质的活度等于1。
对于溶液中的溶质，则选用具有单位浓度而又不存在离子间相互作用的假想状态作为该溶质的标准状态。
也就是这种假想状态同时具有无限稀释溶液的性质（活度系数等于1）和活度为1的两个特性。
ln i i i RT x μμΘ=+ln i i i μμαΘ=+i i if x α=习题1.测得25℃时，0.001mol/L氯化钾溶液中KCl的当量电导为141.3Scm2/eq，若作为溶剂的水的电导率为1.0×10-6S/cm，试计算该溶液的电导率。
全版仪器分析-电化学分析.ppt
ni：被测离子i的电荷，nj：干扰离子j的电荷
选择性系数Ｋｉ／ｊ的意义
在其它条件相同时，提供相同电位的欲测离 子活度αi和干扰离子活度αj的比值
选择性系数愈小，j离子对i离子的干扰愈小
估量某种干扰离子对测定造成的误差
36
相 对 误 差
K (α) i,j
α .精品课件.
ni /nj j
i
100%
47
.精品课件.
(4) 敏化电极
气敏电极
是一种基于界面化学反应 的敏化电极，由离子选择 性电极与参比电极置于内 充有电解质溶液的管中组 成的复合电极。
氨电极
NH
4
OH
NH 3
H 2O
48
pH变化→膜电.精位品课件的. 产生→与铵离子浓度相关
酶电极
也是一种基于界面化学反应的敏化电 极，酶在界面反应中起催化作用，而 催化反应的产物是一种能被离子选择 性电极所响应的物质。
9
.精品课件.
10
.精品课件.
原电池
发生氧化反应的电极称为阳极（负极） 发生还原反应的电极称为阴极（正极）
电解电池
发生氧化反应的电极称为阳极（正极） 发生还原反应的电极称为阴极（负极）
电子流出为负极，电子流入为正极
11
.精品课件.
化学电池可用图解法表示：
Zn︱ZnSO4(0.1mol/L)‖CuSO4(0.1mol/L)︱Cu
如何得到K’?
pH标
E标 K' 0.059
用标准溶液测定
pH试
pH标
E E标 2.303RT /
F
定位旋钮、斜率旋钮和温度旋钮的作用！
31
.精品课件.
32
生活中的电化学
生活中的电化学
电化学是一门研究电子在化学反应中的作用的学科，它在我们的日常生活中扮
演着重要的角色。
从电池到电镀，从蓄电池到电解水，电化学无处不在。
首先，让我们来谈谈电池。
电池是一种将化学能转化为电能的装置，它们广泛
应用于我们的日常生活中，如手提电话、手表、遥控器等。
电池内部的化学反应产生了电子，这些电子通过导线流动，从而产生了电流。
这种电流为我们的生活提供了便利，让我们的设备可以随时随地使用。
其次，电化学还在金属加工领域发挥着重要作用。
电镀就是电化学的应用之一。
通过在金属表面上施加电流，可以使金属离子在电极上还原成金属沉积在表面上，从而实现对金属表面的保护或者美化。
这种技术被广泛应用于汽车零部件、家具、珠宝等领域，为我们的生活带来了美观和保护。
此外，电化学还在环境保护和能源领域发挥着重要作用。
蓄电池和电解水就是
两个很好的例子。
蓄电池可以将电能储存起来，当我们需要时可以释放出来，为可再生能源的发展提供了便利。
而电解水则可以将水分解成氢气和氧气，这种技术可以用来制取氢气燃料，为替代传统石油燃料提供了可能。
总的来说，电化学在我们的日常生活中扮演着重要的角色，从电池到电镀，从
蓄电池到电解水，它无处不在。
它为我们的生活带来了便利，美观和环保，也为能源领域的发展提供了可能。
因此，我们应该更加重视电化学在生活中的应用，更加关注它的发展，为我们的生活和环境做出更大的贡献。
电化学原理习题课-资料
(+) Ag eAg
02.3F RT lo1g0 (.4)0 02.3F RT lo1g0 (.7)2
E 2 .3 R[T l1 o 0 .4 g) 0 (lo 0 .1 g 0 .7 () 2 0 .0V 44 F
设计电池时要写对电池组。
0(P|S t 2 n ， S4 n)0.15 V4
E 0 0 ( P |F 3 ， t F 2 e ) 0 e ( P |S 2 ， t S n 4 ) n 0 . 7 0 . 1 7 0 . 5 6 1 V 4 1
所以，E E 0 2 .3 RlT o c S2 g n c F 23 e 0 .6 1 0 .0 75 lo 0 9 .0 g 1 0 (0 .0 1 )21 0 .6V 5
2 F cc 2 S4 n F 2 e
2 0 .0 ( 1 0 .0)2 01
问题：
2.3RT
① 200C时， F 0.0581 250C 时，2.3RT 0.0591
同时第6章习题F4也有类似情况。
②能斯特方程“+”“-”号， 平衡电位——氧化态、还原态 电动势——反应物、生成物
③活度计算公式
所以电极表面带正电。 ①当电极在零电荷电位时电极表面无双电层结构，界面层
中正负离子浓度相等，电位为0，如下图所示。
0
C+=C—
a 0
X
X
②电极在平衡电位时，其双电层结构示意图和双电层内离 子浓度分布与电位分布图如下图。
a
a 1
注意：①画图紧密层厚度为d； ②外电位写法为ψ1 ，而不是φ1。
子平均活度系数 0.544
冶金电化学习题
冶金电化学习题绪论1：什么是电化学和冶金电化学？2：冶金电化学的主要任务和研究方法是什么？3：电化学研究的对象和内容各是什么？4：工业电解生产的目的？第一章：电化学热力学1：为什么不能测出电极的绝对电位？我们通常所用的电极电位是如何测试的？答：以锌电极为例，为了测量锌与溶液的内电位，就需把锌电极接入一个测量回路中。
这样将会产生一个新的电极体系。
在电位差计上得到的测量值E将包括三项内电位差，即：E=(φZn-φCu)+(φS-φZn)+(φCu-φZn)=ΔZnφS+ΔSφCu+ΔCuφZn这样本欲测量电极电位ΔZnφS的绝对值，但测量出来的结果却是三个相间电位的代数和。
其中每项都因同样原因无法直接测量出来。
我们通常是以标准氢电极，待测电极为阳极，由于没标准氢电极的电极电位为0，同时采用盐桥消除液接电势等，由测出的电动势得出待测电极的电极电位。
（即对消法）2：说明Fe-H2O体系电位-pH图中各区域可能发生的电极反应。
答：（看图说话）3：通过查询标准电位序解释下图中的钢管为何会得到防作为阴极，腐蚀保护？（比较平衡电势高低）4：说明平衡电位与稳定电位的区别。
答：平衡电位又称为可逆电极电位，它是在电极处于可逆状态相对于一定的电极反应而测出的电极电位；稳定的不可逆电极电位叫做稳定电位，即稳定电位是相对于不可逆电极的，建立稳定电位的条件是在两相界面上电荷转移必须平衡，而物质的转移并不平衡。
5：如何判断可逆电极和不可逆电极。
答：可逆电极就是在平衡条件下进行的，电荷交换与物质交换都处于平衡的电极；不可逆电极是实际的不可逆的电极过程中，构成电极体系的电极不能满足可逆电极条件的电极。
如何判断给定电极是可逆还是不可逆：首先可根据电极的组成做出初步判断，分析物质、电荷的平衡性；为了进行准确的判断，还应该进一步实验证实，即若实验测定的电极电位与活度的关系曲线符合Nernst方程式计算出的理论曲线，即为可逆电极；若测量值与理论计算值偏差很大，超出实验误差范围，就是不可逆电极。
什么是电化学分析法
什么是电化学分析法
电化学分析法是应用电化学原理和技术，利用化学电池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系而建立起来的一类分析方法。
其操作方便，应用广泛，既可定性，又可定量；既能分析有机物，又能分析无机物，并且许多方法便于自动化，可用于生产、生活等各个领域。
电化学分析法通常将试液作为化学电池的一个组成部分，根据该电池的某种电参数（如电阻、电导、电位、电流、电量或电流-电压曲线等）与被测物质的浓度之间存在一定的关系而进行测定的方法。
其中，电位分析法是基于溶液中某种离子活度和其指示电极组成的原电池的电极电位之间关系的分析方法。
直接电位法是通过测量溶液中某种离子与其指示电极组成的原电池的电极电动势直接求算离子活度的方法。
电位滴定法是通过测量滴定过程中原电池电动势的变化来确定滴定终点的滴定分析方法。
电解分析法则是根据基于溶液中某种离子和其指示电极组成的电解池的电解原理建立的分析方法。
电化学分析法的优点包括灵敏度高、选择性好、设备简单等。
许多电化学分析法既可定性，又可定量，既能分析有机物，又能分析无机物，并且许多方法便于自动化，可用于生产、生活等各个领域。
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法拉弟定律的几个要点
F是基本物理常数之一
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
Q = nZF
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系 2. 不受电极、外界条件的影响
e-
ei Ag Ag+ Ag+ Ag+ Fe+ Br+ Fe2+
i
H2 Na+
Cl2
Cl-
Br2
H+ 阴极
OH-
H+
NO3-
H+ 隋性 阴极
OH惰性 阴极
银阳极 阳极 银阴极 （隋性） 电解精炼
(1) NaCl
(2) AgNO3
(3) FeBr3
(1) 阴极上: H++e-1/2H2气体产物 阳极上: Cl- 1/2Cl2+e(2) 阴极上: Ag++e-Ag 阳极上: AgAg++e固体产物
(3) 阴极上: Fe3++e-Fe2+ 溶液产物 阳极上: Br- 1/2Br2+e-
电化学装置需要满足：
至少包括一对分区进行 ( 成对存在 ) 的电极
反应。在电解质溶液中，不同电荷的离子 作不同方向的定向迁移。在外线路中，电 子由阳极往阴极的定向移动。
负极
e
H2O H+
SO4=
e
正极
Pb2+ PbSO4
+2e
Pb
Pb2+ PbSO4
-2e
硫酸
H+
SO4=
PbO2
电极的名称和过程
•传递电荷 •氧化或还原反应
的地点 •“半电池”
Electrode (Electrochemical）Reaction
特殊的异相氧化还原反应
电极（电化学）反应
氧化和还原反应分别在不同的地点进行
Electrode (Electrochemical）Reaction
特殊的异相氧化还原反应
电极（电化学）反应
应）
氧化和还原反应分别在不同的地点进行
电场的强度和方向可改变反应的 活化能和速度
电化学装置(Electrochemical Device)
电池(Cell)
电(化学)池
原电池 (Primary Cell)
体系自发地将本身的化学能变为电能(G<0)
电解池 (Electrolytic Cell)
利用电功推动体系进行化学反应(包括G>0)
( -
)
平衡时： i + Zie0 = i + Zie0
i i
两相间建立平衡电势
电极（Electrode)
电极材料/电解质
Zn|Zn2+, SO42Pt|H2,H+ Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液
电极（Electrode)
电极材料/电解质
Zn|Zn2+,SO42-, Pt|H2,H+ Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液
硫酸
H+
SO4=
PbO2
负极反应
Pb+H2SO4
Ox Red
PbSO4+2H++2e
Red
Ox
正极反应
PbO2+H2SO4+2H++2e
PbSO4+2H2O
电池总反应
Pb+PbO2+2H2SO4
(对外反应) 放电 充电 (吸收电能) 2PbSO4+2H2O
电化学装置(Electrochemical Device)
正极、电势高 阳离子 Cation
11-2 法拉弟定律 Faraday law (1834年) M 1 W kQ Q Z F
nZF Q
Q- 反应电量n-摩尔数，Z-反应电子计数量， F-法拉弟常数（1891年）
法拉弟常数 F (1891年)
F=
23 6.02310
电子/mol
1.60210-19 库仑/电子 = 96487 库仑/mol 96500 c /mol
电化学基础研究
平衡态电化学
应用电化学领域
电池、电解 电镀、腐蚀
电极过程
界(表)面电化学 固态电化学
电加工、电泳
电分析、传感器
光电化学
生物电化学
…...
Байду номын сангаас
电极的名称和过程
电 极
阳极 Anode 阴极 Cathode
反 应
电解池 原电池 驱向离子
氧
化
还
原
正极、电势高 负极、电势低
负极、电势低 阴离子 Anion
铅酸蓄电池 (1860年--)
负极
I
(对外作功)
放电
正极
e
-2e Pb
H2O H+
SO4=
e
+2e PbO2
SO4=
Pb2+ PbSO4
H+
Pb2+ PbSO4
硫酸
铅酸蓄电池 (1860年--)
负极
充电 (吸收电能)
e
H2O H+
SO4=
e
正极
Pb2+ PbSO4
+2e
Pb
Pb2+ PbSO4
-2e
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
2. 不受电极、外界条件的影响
3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）
ei H2 Na+
ei
Cl2
Cl-
Ag
Ag+
Ag+
Ag+
H+
OH-
H+
NO3-
阴极
阳极
银阴极
银阳极
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系
2. 不受电极、外界条件的影响
三、电化学现象普遍存在
(a)
(b)
i i
i为带电荷粒子
相间自发转移 界面电位差 电解质溶液
相界面存在过剩电荷
(c)
自然界普遍存在水
电化学势 Electrochemical Potential
恒温恒压下荷电粒子i从相转移到相
Gi = i i +
Zie0
3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）
4. 适用于单个电化学装置的多个反应（并联）
ei H2 Ag
Ag+ H+ OHNO3-
ei Ag+ Ag+
O2
OHH+ NO3-
银阴极
Ag+ + e = Ag
银阳极 = 1/2 H2
H+ + e
电流效率
理论电量 100% （一定物质量） 实际电量
实际产物质量 100% （一定电量） 理论产物质量
电化学研究重点 溶液电化学 (电解质溶液) 平衡态电化学 电极过程
物理化学 热力学
动力学
结构化学 量子化学 统计力学
界(表)面电化学 固态电化学 光电化学 生物电化学
11-3. 电导、电导率、 摩尔电导率、 极限摩尔电导率
如何比较、测量和认识 不同电解质溶液的 导电能力
电 极
阳极 Anode 阴极 Cathode
反 应
电解池 原电池 驱向离子
氧
化
还
原
正极、电势高 负极、电势低
负极、电势低 阴离子 Anion
正极、电势高 阳离子 Cation
电化学研究重点 溶液电化学 (电解质溶液) 平衡态电化学 电极过程
物理化学 热力学
动力学
结构化学 量子化学 统计力学
界(表)面电化学 固态电化学 光电化学 生物电化学
区带电泳分离过程
XYZ
（ 1）
X
X
Y
Y
Z
Z
（ 2）
（ 3）
逆流聚焦电泳分离过程
X + Y + Z
（ 1） （ 2） （ 3）
X
X
Y
Y
Z
Z
精品课件！
精品课件！
电子导体
导电机制 自由电子
离子导体
阴、阳离子
带电粒子
带电荷量 相互作用 化学变化
单一
单一 不变 无
多种
多种（价态） 变（浓度） 有（电极反