第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀

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析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式

析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式

析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式
负极都是Fe-2e-=Fe2+
正极:
吸氧腐蚀:2H2O+O2+4e-=4OH-
析氢腐蚀:2H++2e-=H2↑
铁(iron)是一种金属元素,原子序数为26,铁单质化学式:Fe,平均相对原子质量为55.845。

纯铁是白色或者银白色的,有金属光泽。

熔点1538℃、沸点2750℃,能溶于强酸和中强酸,不溶于水。

铁有0价、+2价、+3价、+4价、+5价和+6价,其中+2价和+3价较常见,+4价、+5价和+6价少见。

铁在生活中分布较广,占地壳含量的4.75%,仅次于氧、硅、铝,位居地壳含量第四。

纯铁是柔韧而延展性较好的银白色金属,用于制发电机和电动机的铁芯,铁及其化合物还用于制磁铁、药物、墨水、颜料、磨料等,是工业上所说的“黑色金属”之一。

扩展资料:
铁的物理性质:
外观与形状:纯铁是带有银白色金属光泽的金属晶体,通常情况下呈灰色到灰黑高纯铁丝色无定形细粒或粉末。

有良好的延展性、导电、导热性能。

有很强的铁磁性,属于磁性材料。

密度 : 7.874 g/cm3
比热容:460J/(kg·℃)。

声音在铁中的传播速率:5120m/s。

纯铁质地软,不过如果是铁与其他金属的合金或者是掺有杂质的铁,通常情况下熔点降低,硬度增大。

晶体结构:面心立方和体心立方。

析氢腐蚀和吸氧腐蚀

析氢腐蚀和吸氧腐蚀

由于缓慢步骤形成 的阻力,在氢的平 衡电位下将不能发 生析氢腐蚀。因此 氢的析出电位要比 氢电极的平衡电位 更负一些,两者间 差值的绝对值称为 氢过电位。
在一定电流密度下,氢的平 衡电位与析氢电位之差,就 是该电流密度下氢的过电位。
过电位是电流密度的函数。
析氢过程的阴极极化曲线
(氢离子作为唯一的去极 化剂情况下)
a值与材料有关。
根据缓慢放电理论求得的b H值为0.118V(25℃), 这与大多数金属电极上实测的b H值大致相同, 见表5-l。
在酸性溶液中,25℃时,氢在铂、钯电极上析 出的实测数据 b H为0.03V,说明氢析出的控制 步骤不是式(5-6)所示。目前可以认为,极化不 大时,在光滑的铂、钯金属上,氢析出的控制 步骤如式(5-7)所示;极化较大或电极表面被极 化时,控制步骤可能如式(5-8)所示。
第一节 电化学腐蚀中的阴极过程
金属在电解质溶液中发生电化学腐蚀的根本 原因是:
电解质溶液中含有能使该种金属氧化的物质, 即腐蚀过程的去极化剂。
去极化剂的阴极过程与金属氧化的阳极过程 共轭组成腐蚀过程。显然,没有阴极过程,阳 极过程就不会发生,金属也就不会发生电化学 腐蚀。
由阴极极化的本质可知,凡能在阴极上吸收电子的 过程(即阴极还原反应)都可以构成金属电化学腐蚀的 阴极过程。
( 4 )氢分子聚集成氢气泡析出。
在这些步骤中,如果某一步骤进行得缓慢,就会控 制影响着其他步骤的顺利进行,由阳极流过来的电子就 会在阴极上积累,导致阴极电位向负向移动,从而产生 一定的阴极过电位。
在碱性介质中,如果发生析氢反应,电极上还原的 不是氢离子,而是水分子,是电子直接加在水分子上, 然后分解产生氢气和OH-
当前的电化学工业主要是水溶液的电化学,水的电 解过程可能叠加到任何阴极或阳极反应上,所以析氢过 电位的研究也有很大的实用价值。

析氢腐蚀和吸氧腐蚀

析氢腐蚀和吸氧腐蚀

(3) 腐蚀电位位于阴极极化曲线的析氢反应 平衡电位以下,在自然腐蚀状态,阴极反 应包括O2还原反应和H+还原反应。如Mg在 中性溶液中的腐蚀。
• 氧扩散控制吸氧腐蚀的特征
在自然腐蚀状态,阴极反应速度,因而 金属腐蚀电流密度等于O2的极限扩散电 流密度id
icor ic Ecor id
特征:
(2) 阳极极化控制
当ia0 << ic0,才会出现阳极极化控制。因为除Pt、 Pd等低氢过电位金属外,在常见的工程金属材料 表面上析氢反应的交换电流密度都不很大,故这 种类型的析氢腐蚀不可能发生在活化极化控制的 腐蚀体系,只有当金属在酸溶液中能部分钝化, 造成阳极反应阻力大大增加,才能形成这种控制 类型。比如铝和不锈钢在稀硫酸中发生析氢腐蚀 就是这种情况。显然,这种类型的析氢腐蚀的阳 极反应不再受活化极化控制。
• 析氢腐蚀的典型例子—Fe在酸中的腐蚀
(1)在pH < 3的酸溶液中,阴极反应受活化极化 控制。
(2)在弱氧化性和非氧化性酸溶液中,在反应速 度不是很大时,阳极反应亦受活化极化控制。
(3)在大多数情况下,Fe在酸溶液中的腐蚀形态 是均匀腐蚀。
所以,Fe在酸溶液中的腐蚀可以当作均相腐蚀电 极处理,作为活化极化控制腐蚀体系的典型例子。
温度:摄氏度 铁在盐酸巾的腐蚀速度与温度的关系
腐蚀影响因素
(2)溶液中的其他组分
(3)温度 温度升高,腐蚀速度迅速增大,因为温度升高时 阳极反应和阴极反应速度都加快了。 金属 方面 (1)金属材料种类和杂质 金属材料种类和所含杂质的影响既涉及阴极反应 又涉及阳极反应这一影响,混合控制腐蚀体系比 阴极极化控制腐蚀体系明显。 (2) 阴极区面积 (3) 金属表面的状态

原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀

原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀

原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀
原电池是一种将化学能转化为电能的装置,它由两个不同金属和一个电解质组成。

在使用过程中,原电池可能发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀,这会影响其性能和寿命。

吸氧腐蚀是指当原电池处于开路状态时,电解质中的氧气会与金属发生反应,导致金属表面产生氧化物。

这种腐蚀会降低原电池的电势差和电流输出,甚至导致电池失效。

为了避免吸氧腐蚀,可以在电池使用后及时加盐水或其他还原剂。

析氢腐蚀是指当原电池处于闭路状态时,电解质中的水分解产生氢气,并在金属表面析出。

这种腐蚀会导致金属表面出现气孔、气泡和裂纹,甚至引起电池爆炸。

为了避免析氢腐蚀,可以选择合适的金属材料和电解质,以及控制电流密度和电池温度。

总之,吸氧腐蚀和析氢腐蚀是原电池使用过程中需要注意的问题,正确的使用和维护可以延长电池寿命并保证其正常工作。

- 1 -。

原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀

原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀

原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀
原电池是一种由两种不同金属通过电解液相联系形成的电化学
系统。

在这种系统中,其中一种金属被氧化,另一种金属被还原,从而产生电能。

然而,当原电池处于开路状态时,金属表面会与电解液中的氧气和水分子发生反应,导致腐蚀现象的发生。

在原电池中,金属表面与氧气反应形成的氧化物称为吸氧腐蚀。

在这种腐蚀中,金属表面会被氧化,并且会形成一层氧化物覆盖在金属表面上。

吸氧腐蚀的程度取决于金属的活性和氧气的浓度。

例如,铁、镁和锌在氧气中容易吸氧腐蚀,而铜和铝则比较耐腐蚀。

与吸氧腐蚀不同的是,原电池中金属表面与水分子反应形成氢气的腐蚀称为析氢腐蚀。

在这种腐蚀中,金属表面与水分子反应形成氢气,并且在金属表面上形成小气泡。

析氢腐蚀的程度取决于金属的活性和水的浓度。

例如,锌和铝在酸性水中容易析氢腐蚀,而铜则比较耐腐蚀。

原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀都会导致金属表面的损失和腐蚀产
物的形成,从而影响到原电池的性能和寿命。

为了减少这种腐蚀,可以采取一些措施。

例如,可以在金属表面涂上一层保护膜,以防止金属表面与电解液发生反应。

此外,可以选择更耐腐蚀的金属材料,以延长原电池的使用寿命。

总之,原电池吸氧腐蚀和析氢腐蚀是原电池中常见的腐蚀现象。

了解这些腐蚀现象的原因和措施,对于保护原电池的性能和延长寿命非常重要。

材料腐蚀与防护-第五章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀.

材料腐蚀与防护-第五章-析氢腐蚀和吸氧腐蚀.

氧去极化的阴极极化曲线: 由于氧去极化的阴极过程与氧向金属表面输送过程及 氧的离子化反应有关.所以氧去极化的阴极极化曲线比较 复杂。 分为四个部分: (1)阴极过程由氧离子化反应控制,即反应速度< <传输速度。 (2) 阴极过程由氧的扩散过程控制,即传输速度< <反应速度。 随着电流密度的不断增大,氧扩散过程缓慢引起浓差 极化。 (3)阴极过程由氧的离子化反应与氧的扩散过程混 合控制,即传输速度=反应速度。 (4)阴极过程由氧去极化及氢去极化共同控制。
析氢腐蚀的特征: 1.阴极反应浓度极化较小,一般可以忽略,原因: • (1)去极化剂是带电的半径很小的氢离子,在 溶液中有较大的迁移和扩散能力; • (2)去极化浓度较大,在酸性溶液中是氢离子, 在中性和碱性溶液中是水分子;H2O+e—H+OH• (3)氢气泡的搅拌作用; 2.与PH值关系较大。 3.与金属材料的本质和表面状态有关。 4.与阴极面积有关。 5.与温度有关。
影响氧去极化腐蚀的因素: (1)氧的浓度: 极限扩散电流密度随溶解氧的浓度增加 而增加,氧去极化腐蚀速度随着氧的浓度增加而增加。 (2)流动速度: 在氧浓度一定的情况下,极限扩散电流 密度与扩散层厚度呈成反比。溶液流速增加使扩散层 厚度减小,腐蚀速度增加。腐蚀速度随溶液流速的增 加而增加。 (3)温度:通常溶液温度升高有利于提高界面反应速度。 因此,在一定的温度范围内腐蚀速度将随温度升高而 加速。 (4)盐浓度:随着盐浓度增加,溶液的电导率增大,腐 蚀速度明显加快。
5.2 吸氧腐蚀 当电解质溶液中有氧存在时,在阴极上发生氧去极化反应, 在中பைடு நூலகம்或碱性溶液中: 在酸性溶液中:
由此引起阳极金属不断溶解的现象称作氧去极化腐蚀。
许多金属及其合金在中性或碱性溶液中,在潮湿大气、 海水、土壤中都可能发生氧去极化腐蚀,甚至在流动的弱 酸性溶液中也会发生氧去极化反应。因此,与析氢腐蚀比 较,氧去极化腐蚀更为普遍和重要。

36 析氢腐蚀和吸氧腐蚀

36 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
阳极控制: 加强阳极钝化,防止其活化
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3.6.2 氧去极化腐蚀(吸氧腐蚀)
必要条件: 金属的氧化电位比氧还原反应的电位负。 EM<EO2 中、碱性溶液中氧还原反应 O2+2H2O+4e 4OH酸性溶液中反应 O2+4H++4e 2H2O
相较于氢去极化腐蚀,氧还原反应可以在正 得多的电位下进行,因此氧去极化腐蚀要更为 普遍。
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杂质对Zn在0.25M的H2SO4溶
液中腐蚀速度的影响
吸氧图
1 2
( ) 铝
速(
率 ;
) 铜
不 同 的
、 、杂
铅 铁质
、 、对
汞 锑锌
降 、腐
低 砷蚀
了 、速
锌 锡度
的 、的
腐 镉影
蚀 加响
速 速是
率 了不
。 锌同
的的
动力学数据
腐。 蚀 10
的 腐 蚀 过 程 。
是 高 氢 过 电 位 金 属 , 属 于 阴 极 控 制
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氧向金属(电极)表面的输送过程-消耗型
18
吸氧腐蚀中氧气传输的特点
• 对于氧去极化的阴极过程,浓度极化很突出,常 常占有主要地位。这是因为作为阴极去极化剂的 氧分子与氢离子的本质不同所决定的。
• (1)氧分子向电极表面的输送只能依靠对流和扩 散;
• (2)由于氧的溶解度不大,所以氧在溶液中的浓 度很小,一般为10-4mol/L;
8
四、氢去极化腐蚀概况
• 一般来说,电势较负金属在氧化性较弱的 酸和非氧化性酸中以及电极电位很负的金 属(如Mg)在中性或碱性溶液中的腐蚀都 属于氢去极化的腐蚀。
• 当金属中含有电位比金属电位更正的杂质 时,如果杂质上的氢过电位低,则阴极反 应过程将主要发生在杂质表面上进行,杂 质就成为阴极区。此时,杂质的氢过电位 的高低对基体金属的腐蚀有很大影响。

【知识解析】析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较-完整版课件

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吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
典例详析
例3-10(2020浙江浙东北联盟期中) 利用如图所示装置进行实验,开始时,a、b管中液面相平,密封好,放置一段时间 。下列说法不正确的是(C ) A.a管内发生吸氧腐蚀,b管内发生析氢腐蚀 B.一段时间后,a管内液面高于b管内液面 C.a管内溶液的pH增大,b管内溶液的pH减小 D.a、b管内具有的相同的电极反应式为Fe-2e- === Fe2+
Fe失去电子成为Fe2+进入溶
Fe失去电子成为Fe2+进入溶液,Fe失
液,Fe失去的电子流入C极,
去的电子流入C极,H+移向C极,与C
极上的电子结合成H2从溶液中析出
O2在C极上获得电子成为OH -进入溶液
其他反应及产物 普遍性
Fe2++2OH===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
再见
典例详析
解析:U形管左侧是中性溶液,生铁丝发生吸氧腐蚀,右侧是酸性溶液,生铁丝发 生析氢腐蚀,故A正确。U形管左侧发生吸氧腐蚀,导致a管内气体压强减小,U形管 右侧发生析氢腐蚀,生成氢气,导致b管内气体压强增大,一段时间后,a管内液面 高于b管内液面,故B正确。a管内铁失电子生成亚铁离子,氧气得电子和水反应生成 氢氧根离子,a管内总反应为2Fe+O2+2H2O === 2Fe(OH)2,反应过程中消耗水 ,但因电解质溶液呈中性,所以a管内溶液的pH不变;b管内发生析氢腐蚀,消耗H+ ,溶液的pH增大,故C错误。a、b管内构成的原电池中,铁都作负极,具有相同的 电极反应式:Fe-2e- === Fe2+,故D正确。
析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
类型 形成条件 电解质溶液 负极反应 正极反应
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(1) a值
a是ic = 1单位时的过电位c值。文献 中常称为氢过电位。金属电极材料的种
类对析氢反应的a值有重大影响。
---因为a=blgi0
按|a|的大小可划分:
高氢过电位金属(如Hg,Pb,Zn,Cd) 中氢过电位金属(如Cu,Fe,Ni) 低氢过电位金属(如Pt,Pd)
a=blgi0可知,a值反映了交换电流密度i0大小。 (随着i0增大,|a|减小 )
0.110 0.113 0.12 0.118 0.115 0.116 0.125 0.110 0.130 0.13
6.6x10-15 3.0x10-13 2.2x10-12 3.1x10-11 1.1x10-7 6x10-9 2.5x10-6 1.5x10-6 8x10-5 0.17
腐 蚀 动力学
腐 蚀 动力 学
第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
析氢腐蚀
•发生析氢腐蚀的体系 •析氢腐蚀的阴极过程 •阳极过程 •析氢腐蚀的控制类型 •析氢腐蚀的影响因素 •讨论
析氢腐蚀
发生析氢腐蚀的体系
能量条件 :Eea(Me/Men+) < Eec(H2/H+) ; (1) 活泼金属----标准电位很负的活泼金属 (2) 中等活泼金属---多数工程上使用的金属,如Fe (3) 不活泼金属---正电性金属一般不会发生析氢腐蚀。但
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阳极过程
动力学特征 ----活化极化控制
历程(自学) ----也是一系列的复杂过程
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析氢腐蚀的控制类型
控制类型的判据---根据析氢腐蚀特点:
●可以按照均相腐蚀电极处理,欧姆电阻可以忽略, 只需要比较阴极反应和阳极反应的阻力
--- 比较Pa、Pc(极化率,Evans极化图) ●由于阴、阳极反应都受活化极化控 制。因此,
是当溶液中含有络合剂时,正电性金属(如Cu,Ag)也 可能发生析氢腐蚀。
由电位比较判断电化学腐蚀的可能性和倾向
金属离子活度按10-6计算,气体压力按latm计算
电位
E(V) 1.23
+1.0
Au=Au3++3e
H O=O +4H++4e 22
Cu=Cu2++2e
0
H2=2H++2e
Fe=Fe2++2e
2x10-5
氢离子还原反应的历程 (自学)
------- 一系列的复杂过程 氢损伤---氢原子在金属中的扩散
吸附在金属表面的氢原子能够渗入金属并在金 属内扩散,可能造成氢鼓泡,氢脆等损害,金属表 面吸附氢原子浓度愈大,则渗入金属的氢原子愈多, 氢损害的危害性愈大。因此,凡是在金属表面发生 析氢反应的场合,都应当注意是否会造成氢损伤问 题。
(2) b值
b称为Tafel斜率,与金属材料和溶液关系很小, 故各种金属表面上析氢反应的b值相差不大。
b=118mV ( = 51.24mV),这是一个典型的数值。 对单电子反应n = 1,取传递系数 = 0.5,在25C,可
以算出b=118mv。
各种金属上析氢单一电极反应的常数a(i=1安培/厘米2), b及交换电流密度io(金属仅仅是析氢单一电极反应的场所)
金属阳极的单一电极反应的交换电流密度(室温)
电极材料
电极反应
溶液
io(安培/厘米2)
Hg
H++e=1/2H2
1.0NH2SO4
5x10-13
Pt
H++e=1/2H2
0.2NH2SO4
10-3
Ag
Ag++e=Ag
100g/lAgNo3 1.1x10-2
Cd
1/2Cd2++e=1/2Cd 160g/lCdSO4 1.4x10-2
Ni
1/2Ni2++e=1/2Ni 2.0NNiSO4
2x10-9
Fe
1/2Fe2+e=1/2Fe 2.0NFeSO4
10-8
Co
Hale Waihona Puke 1/2Co2+e=1/2Co 2.0NCocl2
8x10-7
Cu
1/2Cu2++e=1/2Cu 2.0NCuSO4
2x10-5
Zn
1/2Zn2+e=1/2Zu 2.0NZuSO4
阴极极化控制的析氢腐蚀极化图
图5-2 Zn在0.5N硫酸中的腐蚀
(2) 阳极极化控制--- ia0<< ic0 (或Pa>> Pc)
当ia0 << ic0,才会出现阳极极化控制。
只有当金属在酸溶液中能部分钝化,造成 阳极反应阻力大大增加,才能形成这种控制类 型。
有利于阳极钝化的因素使腐蚀速度减小。
要比较电极反应的阻力,只需比较交换电流密度 --- 比较ia0、ic0 (交换电流密度,真实极化曲线)
析氢腐蚀的三种控制类型
(1)阴极极化控制
--- ia0>> ic0 (或Pa<< Pc)
如Zn在稀酸溶液中的腐蚀。因为Zn是高氢过电 位金属,ia0>>ic0,故为阴极极化控制。 其特点---腐蚀电位Ecor与阳极反应平衡电位Eea 靠近。对这种类型的腐蚀体系,在阴极区析氢反 应交换电流密度的大小将对腐蚀速度产生很大影 响。
所以,Fe在酸溶液中的腐蚀可以当作均相腐蚀电 极处理,作为活化极化控制腐蚀体系的典型例子。
• 析氢腐蚀的阴极过程
H+ 还原反应的动力学特征(特点) 微极化---c很小时(小于7.8mV) c = Rf ic (Rf=RT/i0nF) 强极化---c较大时(大于118mV) c = a – b lgic (a=blgi0 b=118mV
(3) 混合控制--- ia0≈ ic0 (或Pa≈ Pc)
阴阳极极化程度差不多,称为混合控制。 其特点是: 腐蚀电位离阳极反应和阴极反 应平衡电位都足够远,即
金属
Pb Hg Cd Zn Cu Ag Fe Ni Pd 光亮Pt


a伏
b 伏 io(安培/厘米2)
1N H2SO4 1N H2SO4 1.3N H2SO4 1N H2SO4 2N H2SO4 1N Hcl
1N Hcl 0.11N NaoH 1.1N KoH
1N Hcl
-1.56 -1.415 -1.4 -1.24 -0.80 -0.95 -0.70 -0.64 -0.53 -0.10
Zn=Zn2++2e
-1.0
-2.54
Mg=Mg2++2e
0
2
4
6
8
10
12
14(PH)
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• 典型例子—Fe在酸中的腐蚀
(1)pH < 3时,阴极反应受活化极化控制。 (Q:它为什么不是浓度控制?---定性/定量判据) (2)在弱氧化性和非氧化性酸溶液中,在反应速
度不是很大时,阳极反应亦受活化极化控制。 (3)Fe在酸溶液中的腐蚀形态,一般是均匀腐蚀。
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