第七章原电池与金属腐蚀案例
原电池原理金属的电化学腐蚀
原电池原理金属的电化学腐蚀一、实验目的1、理解原电池原理。
2、认识金属的电化学腐蚀的原因。
二、实验说明（一）、原电池原理1.实验要求所用电极表面积要大，并且要清洁。
如果锌片或铜片上有杂质，会形成许许多多的微电池，现象就会不明显。
所用的铜片如果有明显的氧化层或已经锈蚀，要用酸洗，以除去氧化物和绿锈，然后用去污粉擦净，再用水冲洗干净。
即使铜片表面看上去是光洁的，也要用去污粉把它擦到发亮，以除去表面的氧化物和油脂等污垢。
锌片使用前最好也用酸洗，然后再用水冲洗干净。
2.实验不难成功，但注意不要引导学生观察锌片在形成原电池前后气泡量的变化。
由于锌片含有杂质和铜极上发生电极极化，一般很难观察到锌片在形成原电池前后气泡量的差别。
观察电流表指针偏转时，应引导学生注意指针偏转的方向，并根据指针偏转的方向来判别电流的方向。
（二）、金属的电化学腐蚀1．实验要用较长的时间，应提示学生在等候观察现象时，先进行下面的实验。
铁氰化钾溶液遇到Fe2+时会产生蓝色沉淀，因此可用于检验Fe2+的存在。
学生知道这一现象即可，不要求写反应的化学方程式。
2.这三个小实验实际上都运用了原电池反应，应引导学生结合实验，思考实验后的“问题和讨论”。
三、问题和讨论提示：1.装配原电池时应具备以下条件：必须有两种活动性不同的金属，而且要平行地浸在电解质溶液里，两个电极要用导线连接。
如果用铁片代替锌片做原电池原理实验，铜片的表面几乎没有气泡逸出，说明铁铜原电池中的电流可能较弱，在铜丝的表面观察不到气泡的产生。
如果用导线连接一个电流计，可以观察到电流表的指针发生偏转，表明铁铜原电池中有电流产生。
2.实验结果表明，镀锡铁比镀锌铁容易被腐蚀。
3.实验室制取氢气时，用含有少量杂质的粗锌效果好。
附：Cu—Zn原电池原理实验改进一、实验前准备工作（1）将铜片剪成“Cu”字形，并连接导线。
将Cu放入培养皿内的适当位置，用曲别针将导线固定。
（“Cu”字形要尽可能小）（2）选择不规则的锌粒（甲），用铜导线拴在锌粒的一侧并在锌粒与铜导线接触处用蜡封、在锌粒表面涂一层凡士林油。
分析化学-第七章 电化学金属材料腐蚀
电池符号为： (-) Zn | Zn2+ (c1) ‖ H+(1mol·L-1), H2 (100kpa)| Pt (+) 。
标准氢电极
9
7.1.2 电极电势
1.电极电势的产生
金属在其盐溶液中时有两个趋势:
E =1.1037V, 求该反应的
G
m
解 z =2，由（7-2）式得：
r
G m
zFE
= -2×96485 Cmol-1×1.1037V
= -2.13×105 J mol-1 = -213 kJ mol-1
这一结果与通过热力学数据计算所得结果是一致的。
18
7.2 电极电势的影响因素
7.2.1 能斯特（W. Nernst）方程式
11
2.标准电极电势
标准电极电势：标准状态下（溶液浓度均为1mol·L-1, 气体分压均为100 kpa） 氧化还原电对的电极电势。 规定：标准氢电极的电极电势为零，以此来衡量其他电 极的电极电势。
12
① 标准氢电极 H﹢(1mol·L-1) /H2 (100kPa）
组成： 电极——铂片（镀有一层海绵状铂黑） 溶液——1mol·L-1 HCl溶液，不断通 入压力为100kPa的纯氢气，使铂黑吸 附H2至饱和，与溶液中H＋建立如下 平衡：
2H＋（aq）+2e－=H2（g）
规定:在任何温度下标准氢电极的电 极电势为零。即 (H＋/H2)=0 V
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② 标准电极电势的测定
待测氧化还原电对与标准氢电极组成原电池：
负极：处于标准态的待测氧化还原电对（或者：标准氢电极） 正极：标准氢电极（或者：待测氧化还原电对） （即若为溶液，其浓度为1.0mol·L-1；若为气体，其压力为100kPa） 温盐外度桥电通：路常的取电2位98差.1计5K。。
金属腐蚀和常见的化学电源课件
xk
（１）a极是（ 负 ）极，电极反应式是 - + 4OH- = 4H2O （2Ｈ２-４e ） （２）b极是（ 正 ）极，电极反应式是 （O2 + 2H2O + ４e-= 4OH）
阅读自学材料 锂电池
空气电池
1、锂电池（非水有机溶剂电解液）
负极： 正极： 2Li- 2e— = 2Li+， I2 + 2e— = 2I—，
• 重点掌握不同电池的正负极判断及相关 电极方程式的书写。
Fe–2e-＝Fe2+ , 吸氧 腐蚀,电极反应式为：负极： O2+2H2O+4e-＝4OH－ 正极： （2） 若液面下降，则溶液呈 酸 性，发生 析氢 腐蚀，电极反应式为： 负极： Fe–2e-＝Fe2+ 2H++2e-＝H2↑ 正极： 。
二、常见化学电源
1、锌-锰干电池
负极（锌筒） ：Zn- 2e- = Zn 2+
CuSO4
C2H5OH
3、构成原电池的条件有哪 些？
• 1.有活泼性不同的两个金属电极 （或一种非金属导体） • 2.电极均插入电解质溶液中 • 3.两极相连（或接触）形成闭 合回路
一、金属的腐蚀与防护
不看不知道
我国是世界上钢铁产量最多的国家，但每 年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一， 因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值 2%～4%；约合人民币：6000亿元（ 2008年我 国国内生产总值为30万亿元） 。 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超 过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的 总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、 减产和爆炸等造成的间接损失。
2、银-锌电池
负极： Zn + 2OH- - 2e- = ZnO + H2O 正极： Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH总反应： Ag2O + Zn = ZnO + 2Ag
7第七章 热力设备腐蚀
第八节 热力设备其他腐蚀类型
一、氢脆(氢损伤)
氢腐蚀是一种不可逆的脆性，当氢进入钢，在温度的作用 下组织内部成分发生变化，致使钢内部脱碳并造成裂纹， 此时使钢脱氢，也不能使钢的性能恢复。水垢下面生成的 原子H受到沉积物的阻碍，无法扩散到汽水混合物区，使 金属管壁与水垢之间积聚了大量的氢，此时产生的氢不能 立刻被汽水带走，于是溶于钢中，氢分子和钢中的渗碳体 发生反应：Fe3C+4H→3Fe+CH4↑。甲烷在钢中的扩散能 力很低，极易聚集在晶界原有的微观空隙内，随着反应不 断进行，晶间上的甲烷量不断积聚增多。与原先氢原子所 占的容积相比，甲烷的分子很大，无法在钢中扩散，于是 在晶粒间产生巨大的局部内压力，其数值可达1.8×104MPa， 于是沿晶界生成晶间裂纹，进而产生微裂纹，使钢的性能 急剧降低。易发生在比较致密的沉积物 下
3.防止方法：（1）合理选材（2）改变介质环境
➢ 氯脆
影响因素
(1) 应力 导致不锈钢应力腐蚀的主要因素是拉应力。残
余应力、热应力、工作应力等足够大引起
(2) 腐蚀介质(氯与氧) 奥氏体不锈钢破坏的几率随氯离子浓度增大而
增加，在氧含量较高的水中尤甚。
(3) pH值 提高溶液的pH值能延缓腐蚀破裂过程。
一、应力腐蚀破裂
1.应力腐蚀破裂的必备条件 特定的腐蚀介质中才可能发生应力腐蚀破裂。例
如，锅炉钢在碱溶液中的“碱脆”，奥氏体不锈 钢在含氯离子的溶液中的“氯脆”，黄铜在含氨 介质中的“氨脆”。
2.部位：碱脆易发生在水冷壁炉管沉积物下；过热 器、再热器、汽轮机叶片等不锈钢部件“氯脆”， 凝汽器铜管在含氨介质中的“氨脆”。
防止方法： 提高补给水质量； 防止凝汽器泄漏； 炉水水质调节
原电池金属的腐蚀与防护PPT
目录
• 原电池金属腐蚀的基本原理 • 原电池金属腐蚀的影响因素 • 原电池金属腐蚀的防护措施 • 原电池金属腐蚀的应用 • 原电池金属腐蚀的研究进展
01 原电池金属腐蚀的基本原 理
金属腐蚀的定义
01
金属腐蚀是指金属与周围环境（ 介质）之间发生化学或电化学作 用，导致金属的损坏或变质现象 。
02
腐蚀过程中，金属的原子会转变 成离子或化合物，导致金属的损 失和性能下降。
金属腐蚀的类型
化学腐蚀
金属与介质直接发生化学反应， 生成氧化物或其它化合物，如铁 在干燥的空气中生锈。
电化学腐蚀
金属与电解质溶液发生原电池反 应，通过电子转移产生电流，如 钢铁在潮湿的空气中发生的腐蚀 。
金属腐蚀的电化学过程
湿度
温度
氧气浓度
腐蚀性介质
湿度是影响金属腐蚀的 重要因素，高湿度环境 会加速金属的腐蚀过程。
温度升高会使金属腐蚀 速率加快，因为温度升 高会加速化学反应速率。
氧气是许多金属腐蚀反 应的必要条件，高氧气 浓度会促进金属腐蚀。
环境中存在的腐蚀性介 质，如酸、碱、盐等， 会加速金属的腐蚀过程。
金属材料的性质
01
02
03
04
腐蚀原电池的形成
金属与电解质溶液界面上形成 电位差，导致电子转移。
阳极反应
金属原子失去电子成为阳离子 ，进入电解质溶液。
阴极反应
在另一部分金属表面，电子被 电解质溶液中的离子接收，形
成还原产物。
电流的产生
电子从阳极通过外电路流向阴 极，形成电流。
02 原电池金属腐蚀的影响因 素
环境因素
热处理
通过改变金属材料的微观结构，以提高其耐腐蚀性能。例如 ，对金属进行淬火、回火等热处理，可以改变其晶粒大小和 相组成，从而提高其耐腐蚀性能。
腐蚀原电池实验
实验1 腐蚀原电池一、实验目的1.了解腐蚀原电池的组成结构和作用及其工作过程中的电极反应；2.观察析氢腐蚀现象；3.了解不同金属接触，使阳极金属加速腐蚀，阴极金属得到保护；二、实验原理金属的表面与溶液间形成双电层产生电位差，这种电位差称为金属在此溶液中的电位或电极电位。
两种活性不同的金属材料在溶液中具有不同的电极电位。
当两种金属在溶液中用导线连接时构成了原电池系统。
电位较低的金属成为阳极，电位较高的金属为阴极，导线中产生电流。
电流的产生是由于氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行的结果。
阳极金属易失去电子变为金属离子发生氧化反应，阳极上的氧化反应称为阳极反应；电子沿导线流向阴极；阴极上一般为电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应，阴极的还原反应称为阴极反应。
该系统的电化学反应导致阳极金属破坏而不能对外作有用功，此系统称为腐蚀原电池。
腐蚀电池工作的基本过程如下：(1)阳极过程：金属溶解，以离子形式迁移到溶液中，同时把当量电子留在金属上。
(2)电流通路：电流在阳极和阴极间的流动是通过电子导体和离子导体来实现的，电子通过电子导体(金属)从阳极迁移到阴极，溶液中的阳离子从阳极区移向阴极区，阴离子从阴极区向阳极区移动。
前者为电子导电，后者电解质溶液中的为离子导电。
(3)阴极过程；从阳极迁移过来的电子被电解质溶液中能吸收电子的物质(D)接受。
阳极和阴极两个过程在相当程度上独立而又相互依存的过程。
图1 腐蚀原电池示意图三、实验用材料与设备锌片、铜片，0.2MH2SO4溶液，玻璃烧杯，砂纸，丙酮棉，镊子，检流计，导线四、实验步骤1.用砂纸打磨锌片和铜片试样，丙酮棉擦净去油。
2.将锌片和铜片分别放入盛有0.2MH2SO4溶液的玻璃烧杯中，互不接触，观察锌片和铜片上气泡逸出情况。
3.将锌片和铜片用导线连接到检流计上，如上图1所示。
观察检流计和再观察锌片和铜片上气泡逸出情况。
4.锌和铜是两种活性不同的金属材料，锌片和铜片用导线连接放置在电解质溶液里，金属的表面与溶液间产生电位差，这种电位差称为金属在此溶液中的电位或电极电位。
金属的电化学腐蚀与防护
金属的电化学腐蚀与防护在我们的日常生活和工业生产中，金属材料无处不在，从建筑结构中的钢铁到电子设备中的各种金属部件。
然而，金属的腐蚀问题却一直困扰着我们，给经济和社会带来了巨大的损失。
其中，电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式之一。
电化学腐蚀是指金属与电解质溶液接触时，由于形成了原电池而发生的腐蚀现象。
让我们来举个简单的例子，比如铁在潮湿的空气中生锈。
铁表面吸附的水膜中溶解了氧气等气体，形成了电解质溶液。
铁中的杂质（如碳）与铁形成了微小的原电池。
在这个原电池中，铁作为负极失去电子被氧化成亚铁离子，而氧气在正极得到电子被还原。
那么，电化学腐蚀是如何发生的呢？首先，要有能够发生氧化还原反应的电极。
通常，金属中的杂质、不同金属之间的接触或者金属表面的不同区域都可以充当电极。
其次，要有电解质溶液，它能提供离子导电的环境，使电子能够在电极之间转移。
最后，还需要有电子的通路，使得氧化反应和还原反应能够同时进行。
电化学腐蚀的类型有很多种。
常见的有吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
吸氧腐蚀通常发生在中性或碱性环境中，就像刚才提到的铁在潮湿空气中的生锈。
而析氢腐蚀则多发生在酸性较强的环境中，例如钢铁在酸性溶液中的腐蚀，此时氢气会从正极逸出。
电化学腐蚀带来的危害是不可忽视的。
它会导致金属材料的强度降低、结构损坏，缩短设备的使用寿命。
在桥梁、船舶、管道等重要设施中，金属的电化学腐蚀可能引发严重的安全事故。
此外，腐蚀还会造成资源的浪费和环境污染。
既然电化学腐蚀如此有害，那么我们该如何进行防护呢？首先，我们可以采用覆盖保护层的方法。
例如，在金属表面涂上油漆、油脂、塑料等，将金属与外界环境隔离，阻止电解质溶液与金属接触。
镀锌也是一种常见的防护手段，锌在电化学腐蚀中比铁更活泼，会先被腐蚀，从而保护了铁。
其次，改变金属的内部结构也能增强其抗腐蚀能力。
比如，制造不锈钢就是通过调整金属的成分和结构，使其具有更好的耐腐蚀性。
另外，电化学保护法也是一种有效的措施。
原电池与金属防腐
原电池与金属防腐2009-2-3 18:14提问者：xzcak474|浏览次数：1238次我想了解一些原电池在金属防腐的具体例子。
如用盐水和Al箱除去银器表面硫化银。
希望大家能多提供点。
我还希望知道能否用如何设计原电池来除铁锈。
请写出方程式。
小弟谢谢各位了！！！！！我来帮他解答2009-2-3 18:48满意回答将化学能转变成电能的装置。
所以，根据定义，普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。
组成原电池的基本条件是：将两种活泼性不同的金属(或石墨)用导线连接后插入电解质溶液中。
电流的产生是由于氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行的结果。
原电池中，较活泼的金属做负极，较不活泼的金属做正极。
负极本身易失电子发生氧化反应，电子沿导线流向正极，正极上一般为电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应。
在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。
原电池primary battery 一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出的装置。
又称化学电池。
由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，放完电后，不能重复使用，故又称一次电池。
它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成，可制成各种形状和不同尺寸，使用方便。
广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门，并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。
原电池一般按负极活性物质（如锌、镉、镁、锂等）和正极活性物质（如锰、汞、二氧化硫、氟化碳等）分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池、镁锰电池、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。
锌锰电池产量最大，常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型，并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。
以氢氧化钾为电解质的锌锰电池，由于其负极(锌)的构造与其他锌锰电池不同而习惯上另作一类，称为碱性锌锰电池，简称碱锰电池，俗称碱性电池。
原电池是一类使化学能直接转换成电能的换能装置。
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（4）找出的系数分别写在氧化剂和还原剂的分子式前面 ，并使方程式两边的Cl和P原子数目相等
（5）检查两边的H原子数目，找出参加反应的水分子数
8
2、离子-电子法：
先将两个半反应配平， 再将两个半反应合并为氧化还原 反应的方法称为离子-电子法
原则：
1、还原剂失去电子总数等于氧化剂得到电子总数 2、反应物和产物各元素原子总数相等，反应物和产物离子 电荷总数相等
9
离子-电子法的配平步骤如下： (1) 将反应物和产物以离子形式写出，例如：
MnO H Cl Mn Cl2 H2O
(2) 将氧化还原反应分为两个半反应，一个发生氧 化反应，另一个发生还原反应： 氧化反应
4
2
Cl Cl2
2 MnO H Mn H2O 4
+6
4
二、氧化还原反应及其方程式的配平
氧化还原定义：
2H2 + O2 =2H2O CuO+H2=Cu+H2O 氧化还原反应： 凡是有电子得失或者共用电子对偏移(电子转移)的一类反应 称氧化还原反应。其特征是反应前后有些元素的氧化数升高、 有的降低。 氧化—失电子的过程 还原—得电子的过程 氧化还反应的本质——电子得失 Zn+Cu2+=Cu+Zn2+
（-）Zn(S)|Zn （1.0mol·L ）||Cu （1.0mol·L ）|Cu(S)（+）
2+ -1 2+ -1
15
写出下列反应的原电池符号
Zn(s) +Ni 2+ ( 0.080mol· L-1 ) = Zn2+( 0.020mol· L-1) +Ni(s) (-) Zn│Zn2+( 0.020mol· L-1) || Ni 2+( 0.080mol· L-1 )│Ni(+)
(1) 在单质中，元素的氧化数为零。
（ 2 ）单原子离子中，元素的氧化数等于该离子所带
的电荷数。
2
（3）离子的总电荷数等于各元素原子氧化数的代数和；中性 分子中，所有元素原子氧化数的代数和等于零。 (4) 氧元素在化合物中的氧化数一般为-2，但在过氧化物 （如H2O2、Na2O2等）中，氧的氧化数为-1；在超氧化物（如
（1）写出基本反应式 （2）找出氧化剂中元素氧化数降低的数值和还原剂中元 素氧化数升高的数值
( -1 ) – ( +5 ) = - 6
● HClO3
+0] ×4 = + 20
H3PO4
7
（3）按照最小公倍数的原则对各氧化数的变化值×相应 的系数10和3，使氧化数降低值和升高值相等，都是60
10
还原反应
(3) 分别配平两个半反应，使半反应式两边的原子总 数和电荷总数相等： 2Cl Cl2 2e (4) 确定两个半反应得、失电子数的最小公倍数， 将两个半反应分别乘以相应系数，使其得、失电
MnO4 8H 5e Mn2 4H2O
子数相等，再将两个半反应合并为一个配平的氧
12
第二节 原电池
一、 原电池
Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 铜极： Cu2+ + 2e-= Cu 锌极： Zn = Zn2+ + 2e合并：Zn+Cu2+=Zn2++Cu 发生了氧化还原反应
Zn2+ SO42Cu2+ SO42-
盐桥
原电池将化学能转化为电能
原电池——化学电源
13
（1） 原电池的组成
14
（2）原电池的符号表达式
电池符号的书写有如下的规则： ①写出正极和负极的符号，负极（-）写在左边，正 极（+）写在右边； ②用“|”表示物质间的两相界面； ③用“‖”表示盐桥，盐桥左右分别为原电池的负极、 正极； ④如有多种离子参加反应，各离子之间用“,"隔开； ⑤注明参加反应各物质的浓度（气体注明分压）； ⑥无固体电极的电对，采用惰性电极起导电作用。惰 性电极在电池符号中要表示出来。
16
二、电极电势
电极电势 ： 由电极和电解质溶液接触处存在双电层，导致金属及其盐溶
液间存在电势差（平衡电势）。
它跟电极种类、溶液中相应离子 的浓度，以及温度、压力等因素 有关。 电动势：Cu-Zn原电池中发生了电子 的定向移动，说明两极间存在电势差， 这种电势差称为原电池的电动势， 用E表示，单位V
KO2）中氧化数为- 1/2 ;在氧的氟化物（如O2F2、OF2）中，
氧化数分别为+1和+2； (5)氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在活泼金属的氢化物 中（如NaH等），氢的氧化数为-1；
3
标出Mn元素的氧化数
MnO4＋7 标出铬的氧化数 Cr2O3 CrO42Cr2O72MnO42+6
+3
+6
化还原反应的离子方程式：
10Cl 5Cl2 10e
)2MnO +16H +10e = 2Mn +8H2O
+ 2+
4
2MnO +10Cl +16H = 2Mn + 5Cl2 +8H2O
4
+
2+
11
最后，在配平的离子方程式中添加不参与反 应的阳离子和阴离子，写出相应的化学式，就可 以得到配平的氧化还原反应方程式。
5
氧化还原反应
失电子、氧化数升高，被氧化 氧化剂 + 还原剂 还原产物 + 氧化产物
得电子、氧化数降低，被还原
特点： 在同一反应中，有失电子的物质——还原剂，同时有得电 子的物质——氧化剂，且氧化剂得电子总数等于还原剂失 电子的总数
6
二、氧化还原反应的配平
1、氧化数法： 原则：氧化数降低值=氧化数增加值 反应前后原子总数相等
正极 —电子进入的极—发生还原反应(氧化剂）
原电池
负极 —电子输出的极—发生氧化反应(还原剂)
原电池由两个半电池组成。在半电池中有一固态物 质作为导体，称为电极，每一半电池都是由电极导体
和电解质溶液组成。
分别在两个半电池中发生的氧化反应或还原反应，
称为半电池反应或电极反应。原电池的两极所发生的
总的氧化还原反应称为电池反应。
第七章 原电池与金属腐蚀
第一节 氧化还原反应及其方程式的配平 第二节 原电池 第三节 电极电势的应用 第四节 金属腐蚀与防护
1
第一节 氧化还原反应及其方程式的配 平
一、氧化数（表示元素在化合物中所处的化合状态）
氧化数定义为某元素一个原子的荷电数，这种荷电数 由假设把每个化学键中的电子指定给电负性较大的原 子而求得。 氧化数的确定规则：