第九章 金属阳极电极过程
阳极的电极反应式-温州中学
2、宇宙飞船上使用的氢氧燃料 a b 电池是一种新型的化学电池， 其构造如图示：两个电极均由 多孔性碳制成，通入的气体由 孔隙逸出，并在电极表面放电。 H2 O (1)该电池工作时 看到 淡蓝色火焰;与传统的火力发 H2 O2 电相比,燃料电池的优点 KOH溶液 是 . (2)写出a的电极反应式 (3)若将KOH换成H2SO4,写出b极的电极反应式 (4)若将H2换成CH4(电解液仍为KOH),则构成甲烷燃 料电池,写出总反应式和电极反应式 要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。 .
电解质类型 最高价含氧酸
实例 被电解物 类型
H2SO4等
思考：
强碱
NaOH等
水
电解水型
以上电解过程中各溶液pH将如何变化？
溶质 如何将电解后的溶液复原？ CuCl 等 无氧酸不活泼金属盐 无氧酸活泼金属盐
2
最高含氧酸强碱盐 Na2SO4等
无氧酸
HCl等
溶质
分解型
放氢生碱型
NaCl等
溶质 水
含氧酸不活泼金属盐 CuSO4等
2、乙醛 •氧化成酸、还原成醇 3、乙酸 弱酸性 •电离方程式 •酸的通性 •酸性强弱 酯化反应 •化学方程式 •反应机理 酸去羟基醇去氢 •反应类型 •浓硫酸作用
请回答下列问题： （Pb-相对原子质量207） （1）放电时：正极的电极反应式 是 ；电解液中H2SO4的浓度将 变 ；当外电路通过1mol电子时，理 论上负极板的质量增加 g。 （2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若 按右图连接，电解一段时间后，则在A 电极上生成 、B电极上生成 ，此 时铅蓄电池的正负极的极性将
期末复习
温州中学化学组：谢昭全
2012-06
一、化石燃料与有机化合物 二、食物中的有机化合物 1、乙醇 与活泼金属K、Ca、Na、Mg反应 •乙醇与Na反应现象： 钠先沉在试管底部，表面上不断有气泡缓慢生成， 反应一段时间后，慢慢上浮。 •比较Na和乙醇、水、醋酸、盐酸反应的剧烈程度 氧化 •燃烧 •催化氧化 •被强氧化剂氧化 酸性高锰酸钾、酸性三氧化铬 酯化
化学工艺学 第九章-2电解食盐水溶液制烧碱
第九章电化学反应过程和氯化过程9.2电解食盐水溶液制烧碱一、基本概念1.法拉第电解定律法拉第在1834年提出的电解定律可表示为：在电解中，96500C(即1法拉第)的电量产生1克当量物质的化学变化。
G= (M/nF)*It＝K*QM：物质的相对原子量，n：物质的原子价（电极反应中的电子数）Q=It F=96500C=26.8Ah电化当量：为1Ah电量析出的物质克数。
K= M/nF例如：电解食盐水的反应整个阴极反应总反应：在阳极极上析出C12的电化当量为：在阴极生成的烧碱的电化当量：K＝40/26.8=1.4925(g/Ah)2.分解电压、过电压和电压效率a分解电压：对于化学反应：此反应的逆反应需要的电压即为理论分解电压。
化学反应达到平衡时，理论分解电压为：还可以通过阴极、阳极半反应的能斯特方程计算。
Er ＝φ（阳极）－φ（阴极），φ表示半反应的平衡电位，E 表示实际电位，Er 表示理论分解电位。
如，298.15K ，阳极液中NaCl 265kg/m 3,阴极液中NaOH 100 kg/m 3时， φ（Cl ）＝1.332V φ（H ）＝-0.840VEr ＝φ（阳极）－φ（阴极）＝1.332+0.840＝2.172Vb 过电压实际反应的电极电位与理论分解电压的差称为该电极的过电压。
影响过电压的因素：电极材料、电极表面状态、电流密度、温度、电解时间、电解质的性质和浓度以及电解质中的杂质等。
气体电极过程，产生的过电压相当大，而析出金属则除Fe 、Co 和Ni 外，产生的过电压一般均很小。
电极表面粗糙，电解的电流密度降低以及电解液的温度升高，可以降低电解时的过电压。
其中，电极材料对过电压的影响最大。
如：石墨阳极上析出氯气、析出氧气的实际电位（1000A/cm 2, NaCl 265kg/m 3） E （Cl ）＝φ（Cl ）+E o （Cl ）＝1.332+0.25＝1.582V E （O ）＝φ（O ）+ E o （O ）＝0.814+1.09＝1.904Vc 槽电压和电压效率电解槽两极上所加的电压称为槽电压，即实际分解电压， E （实）＝Er ＋Eo ＋△E （降） △E （降）：电流通过电解液、电极、导线、接点等的电压降 电压效率（ηE ）3. 电流效率、电流密度和电能效率电流效率I η：在实际生产过程中，由于有一部分电流耗于电极上产生的副反应和漏电现象，电流不能100％被利用，所以不能按前述的法拉第电解定律来精确计算所需的电量。
《电极过程概述》幻灯片
电极性质的变化取决于极化作用和去极化作用的 对立统一。
电子的运动速度往往是大于电极反响速度的，因 而通常是极化作用占主导地位。
有电流通过时，阴极上，由于电子流入电极的速 度大，造成负电荷的积累；阳极上，由于电子流 出电极的速度大，造成正电荷的积累，因此，阳 极电位向负移动，阳极电位向正移动，都偏离了 原来的状态，产生所谓“电极的极化〞现象。
极化度：极化曲 线上某一点的斜 率。
d d
di di
Zn在0.38M氰化镀锌 溶液中的阴极极化曲线
Zn在0.38MZnCl2溶液 中
电化学反响速度的表示方法
设电极反应为：O n eR
按异相化学反响速度表示： v 1 dc S dt
采用电流表示： inFvnF1dc S dt
当电极反响到达稳定状态时，外电流将全部 消耗于电极反响，实验测得的外电流密度值 就代表了电极反响速度。
但可以利用这种极化降低 金属的电化腐蚀速度。
不论是原电池，还是电解池，单个电极极化 的结果是相同的。即：阴极的电极电势变得更 负，阳极电极电势变得更正。 原电池的极化 原电池的极化结果是：当有电流通过原电池时，原 电池的端电压小于平衡电池电动势，即：
E原电池= E平 – η阳 是电极的极化
如果电极上有电流通过，就有净反响发生，这说 明电极失去了原有的平衡状态。这时，电极电位 将因此而偏离平衡电位。极化就是有电流流过是 引起的电势偏离其平衡值的现象。
发生极化时，阴极的电极电位总是变得比平衡电 位更负，阳极的电极电位总是变得比平衡电位更 正。因此，电极电位偏离平衡电位向负移称为阴 极极化，向正移称为阳极极化。
电极反应过程
电极反应过程
电极反应过程是指在电化学反应中发生在电极上的化学反应过程。
电极反应过程可以分为阳极反应和阴极反应两个部分。
1. 阳极反应
阳极反应是指在电池中正极（即阳极）处发生的化学反应。
在阳极上，由于元素的氧化，形成的是正离子。
以铜电极作为阳极为例，其中的化学反应为：
Cu → Cu2+ + 2e-
在上述反应中，铜被氧化成铜离子，同时在反应中释放出2个电子。
这些电子通过电路流动到阴极，达到电荷平衡。
3. 电位差
在电池中，阴极反应和阳极反应的电子传递以及正负离子的移动导致电位差的产生。
电位差的大小取决于反应物及其浓度、温度、电极材料等因素。
电位差反映了电池的电势差，其值越大表示电池的电能越大，可以产生更大的电流。
换句话说，电位差越高的电池在工作时具有更强的电动力。
总之，电极反应过程是电化学反应中不可或缺的环节，它不仅帮助我们理解物质质量转化的本质，并且在现代电子技术、能源技术以及工业生产中都得到了广泛应用。
电化学金属的阳极过程
成相膜理论
金属或合金在发生钝化时表面会形成一层很薄但很致密且 覆盖性能良好的三维薄膜，通常为金属的氧化物。由于这 层膜的存在，将金属与电解质溶液隔离开。
钝化膜是具有电子导电性的，但却不导通离子。即制约了 金属离子从电极表面向溶液相的扩散。从而引起金属溶解 速度的大为下降。
实验依据
将钝化了的金属表面用很小的阴极电流进行活 化。并根据阴极电量计算电极表面上的固态反 应物的数量及平均覆盖厚度。
在某些钝化了的金属表面上，还可以直接观察 到成相膜的存在，并可以测定其厚度及组成。
偏光方法证明在钝化了的金属表面上存在大量 小晶体。
利用椭圆偏光法在许多钝化了的金属电极上测 量了钝化膜的厚度。
➢ 过硫酸盐不能使铁钝化。 与阴离子的特性对钝化过程的影响有关。
钝化现象
发生钝化的金属或合金具有如下的特点： ➢从表面上看，金属或合金的溶解速度，即腐蚀
速度大大降低； ➢金属或合金的电极电位发生突变，一般明显正
移； ➢若能对金属表面进行探测，会发现表面成分与
结构发生变化。
金属钝化的途径
化学钝化或自钝化：没有外加极化时，由于介 质中存在氧化剂(去极化剂)，氧化剂的还原引 起金属钝化。
阳极钝化：借助于外电源进行阳极极化。
具有活化-钝化转变行为的金属的典型阳极极化 曲线
恒电位法测定的阳极极化曲线来研究金属的钝化 行为和合金成分、溶液组成对阳极钝化的影响， 评价材料的耐蚀性。
外加电流可促使某些金属发生阳极极化，如果将 金属的电位控制在稳定的钝化区内，就可以防止 金属发生活性溶解或过钝化溶解，使金属得到保 护—阳极保护的基本原理。
电极工作原理
电极工作原理
电极是指用于在电化学实验和设备中传递电流的材料。
它通常由导电材料制成，如金属或碳素材料。
电极的工作原理基于电荷传递和反应。
在电化学反应中，存在两种电极，即阳极和阴极。
阳极是电子流从电池中流出的地方，而阴极是电子流进入电池的地方。
当电流通过电解质溶液时，阳极上的氧化反应会释放电子，而阴极上则进行还原反应。
电极的工作原理可以通过以下步骤来解释：
1. 在阳极上，通过氧化反应，原子或离子失去电子，将氧化物生成并溶解在电解质溶液中。
这个过程称为氧化。
2. 在阴极上，还原反应发生，在这个过程中，电子通过电解质溶液流入电池。
这个过程会将溶液中的阳离子减少并生成原子或离子。
3. 在电解质溶液中，阳离子和阴离子在离子间移动，以维持电中性。
这是为了保持电化学反应的平衡。
4. 通过电极和电解质溶液之间的电子传递，电流得以传导。
通过控制电极的材料和反应条件，可以实现各种电化学反应。
电极的选择和使用在电池、电化学合成、电解过程等领域具有重要作用。
阳极生产工艺及设备
阳极生产工艺及设备前言阳极是电解生产的一个重要环节，阳极质量的好坏，直接影响电解的生产，人们称之为电解的心脏。
阳极生产按工艺流程可分为以下四个工序：1 石油焦煅烧2 粉碎.配料.混捏.成型3 阳极焙烧4 阳极组装一.石油焦煅烧生石焦经过回转窑1150～1250℃温度的煅烧（除去焦碳中的挥发份），冷却窑（采用冷却水直接冷却和间接冷却的方式），将煅后焦冷却到约60℃，然后通过皮带运输机，斗式提升机，送到储仓储存，供成型工序之用。
生石油焦煅烧产生的烟气，通过余热锅炉、产生蒸气，驱动汽轮机、发电机组发电。
二.粉碎、配料.混捏.成型将生阳极的原料：煅后焦、残极、生碎、沥青、破碎、筛分按不同的粒度要求，煅后焦的粒度分为12～6mm、6～3mm、3mm以下及微粉；残极的粒度分为12～3mm、3mm以下，生碎的粒度12mm以下，分别储于配料仓中；沥青也经过破碎，送到沥青溶化器熔化成液体并储于沥青储槽中，待配料之用。
根据阳极配方的要求，通过配料称配料，先将煅后焦，残极混和，经四轴预热螺旋预热，温度达到170℃±10℃，预热后的干料送到强力混和机，同时加入生碎及液体沥清进行混捏，混捏后的糊料再经过强力冷却机，冷却水直接喷到糊料中，将糊料冷却到145℃±5℃，送振动成型机，生产出生阳极，生阳极经过水槽冷却，再经过输送机送到碳块仓库堆垛储存。
三.阳极焙烧生阳极由通过生阳极编组装置，由多功能天车7块一组的生阳极放入焙烧炉，焙烧温度1100℃～1150℃，焙烧、冷却后的阳极，由多功能天车从炉中取出，经过阳极解组及清理装置，将焙烧阳极送碳块仓库储存。
焙烧的烟气经过重力除尘，冷却，电除尘器处理，达标排放。
四.阳极组装将电解使用后返回的阳极（称为残极），经过电解质人工清理，残极压脱（破碎）机、铸铁环压脱机、导杆检测、导杆校直机，修理，导杆清刷、涂石墨和回转浇铸站,生产出合格的阳极供电解车间使用；残极,废生块，废糊经过返回料处理系统（粗碎系统），分别存于残极仓，生碎仓供成型车间使用；电解质经粉碎后也储于电介质仓返回电解使用。
电极过程简明教程
电极过程简明教程
《电极过程简明教程》
电极过程是一种将电能转换成化学能的方法，是电化学反应的基础。
它是一种重要的能源转换技术，用于制造电池、燃料电池、电解槽等。
下面介绍一下电极过程的基本原理和步骤。
原理：电极过程通过电化学反应将电能转换成化学能，其中电解质在电极表面发生氧化还原反应，从而将电能转换成化学能。
步骤：
1.准备电极：首先准备好电极，电极可以是金属电极或非金属电极，根据不同的电极材料，选择合适的电解质。
2.准备电解质：将电解质加入电极中，以便发生电化学反应。
3.连接电源：将电极连接到电源，使电流流过电极，从而发生电化学反应。
4.观察反应：观察电极表面的反应，以确定电极过程的进行情况。
以上就是电极过程的基本原理和步骤，它是一种重要的能源转换技术，可以用于制造电池、燃料电池、电解槽等。
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腐蚀原电池中的三个过程：
（1）阳极过程：金属的溶解，以金属离子的形式进入介 质，并将电子留在金属表面。
M
Mn+ + ne-
（2）阴极过程：从阳极流过来的电子被电解质中能够吸 收电子的氧化性物质（D）接受，通常为O2、H+。通常将 这种氧化性物质称为“去极化剂”。
D + ne- [D. ne-]
（3）电流的流动：在金属内部（相当于短接的导线）以 电子为载体，电流由正极流向负极；电解质中以带电粒子 为载体，由阳极流向阴极（负极到正极），构成一个回路。
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀电池的定义： 金属在电解质介质中的腐蚀，是以电化学腐蚀的机
理进行的，即在金属表面形成了腐蚀原电池。 腐蚀原电池是指只能导致金属材料破坏而不能对外
界做有用功的短路原电池。
8
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀原电池的示意图
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀原电池的原理图
9.2金属 阳极的活性溶解
9.2 金属阳极的活性溶解
（2）阴极反应 阴极上进行的是铜的还原反应。
Cu2+ + 2e = Cu
14
9.2 金属阳极的活性溶解
镀Zn板（阳极镀层）
马口铁（即镀锡薄 板）（阴极镀层）
活泼金属Zn充当牺牲阳 极，为已暴露的Fe基体 提供电子，使其作为阴 极免受腐蚀。
较为惰性的金属Sn从已 暴露的Fe基体得到电子， 使其充当阳极，加速了 铁基体的腐蚀。
9.2 金属阳极的活性溶解
（2）微观腐蚀电池:由于金属表面电化学不均匀性引起。 主要包括： a)化学成分的不均匀性：如杂质等； b)组织结构的不均匀性：如晶界、晶体缺陷等； c)物理状态的不均匀性：如应力状态等； d)金属表面膜的不完整性：如沉淀膜、钝化膜等。
（1）宏观腐蚀电池： 由肉眼可见的电极构成。 例如异金属接触电池：两种具有不同电极电位的金属或 合金互相接触（或用导线连接），并处于电解质中时， 电位较负的金属遭受腐蚀，而电位较正的金属却得到保 护，这种腐蚀电池称为“腐蚀电偶”。
9.2 金属阳极的活性溶解
电偶腐蚀的机理： 异种金属在同一介质中接触，由于 金属的电极电位不等，构成腐蚀电池，有电偶电流流 动，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处的 局部腐蚀。因此 电偶腐蚀的本质是：在电解质溶液中， 不同电极电位的金属构成的宏观腐蚀电流，引起电位 较低的金属加速腐蚀，而同时对电位较高的金属起阴 极保护作用。
能量的差异是产生腐蚀反应的驱动力，而腐蚀 过程就是释放能量的过程。伴随着腐蚀过程的进行， 将会导致腐蚀体系自由能的减少，故它是一个自发 过程。
9.2 金属阳极的活性溶解
金属腐蚀的分类： ①化学腐蚀：单纯由于化学作用而引起的腐蚀叫做化 学腐蚀。如高温腐蚀和无导电的非水溶液中的腐蚀。 ②电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触时，由于电化 学作用而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。金属在大气、 土壤、海水中、人体内以及绝大多数工业介质中的腐 蚀都是电化学腐蚀。
2
9.1 金属阳极过程的特点
大多数金属阳极在活化溶解时的交换电流 密度是比较大的，所以阳极极化一般不大。
电极电位的变化对阳极反应速度的加速作 用比阴极过程要显著,故阳极极化度一般要 比阴极极化度要小。
阳极过程也可能是分若干个单电子步骤进 行的，并以失去“最后一个电子”的步骤 [M(n-1)+→Mn++e]速度最慢
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀原电池的特点： 腐蚀原电池为短路的原电池，因此， 腐蚀原电池的特征可归纳为： （1）导致金属材料的溶解、破坏； （2）不能对外界作有用功； （3）腐蚀反应释放的化学能全部以热能的形式耗散掉； （4）腐蚀反应以最大程度的不可逆方式进行。
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀原电池的类型
9.2 金属阳极的活性溶解
缝隙腐蚀 17
9.2 金属阳极的活性溶解
1Cr18Ni9Ti不锈钢的晶间腐蚀金相照片
18
9.2 金属阳极的活性溶解
某奥氏体 Cr-Ni钢的 沿晶应力腐 蚀开裂
某奥氏体 Cr-Ni钢的 穿晶应力腐 蚀开裂
9.2 金属阳极的活性溶解
20
9.2 金属阳极的活性溶解
21
9.2 金属阳极的活性溶解
第九章 金属阳极电极过程
9.1金属阳极过程的特点 9.2金属阳极的活性溶解 9.3金属阳极的钝化 9.4影响金属阳极过程的因素（自学）
1
9.1 金属阳极过程的特点
金属作为反应物发生氧化反应的电极过程 “正常的”的阳极溶解过程，在这一阶段中
直接生成溶液中的金属离子：通常服从电化 学极化规律。 阳极反应中生成不溶性的反应产物并常出现 与此有关的钝化现象：失去电化学活性,阳 极溶解速 度非常小。
思考： 腐蚀电池的阳极溶解是有益还是有害？ 如何避免/利用腐蚀电池的阳极溶解？
22
9.2 金属阳极的活性溶解
9.2.2电解池中的阳极溶解
e-
+
e-
-
阳
阴
极
极
如何导电？
电解质水溶液
电解池
23
9.2 金属阳极的活性溶解
铜电解过程为例
铜电解精练过程示意图
1.阳极 2.阴极 3.导电杆 4.CuSO4及H2SO4的水溶液
= 1.229V
E0 SO42− / O2
= 2.42V
比Cu更负电性的
元素。这些
元
素在铜中的含量低，其电极电位更负，因此将优先溶解进入电解
液，同时铜也不断地溶解到电解液中。水和硫酸根离子的氧化电
位比铜正得多，其反应不可能进行。金、银和铂族金属的电位更
正，不能被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中。
25
9.2 金属阳极的活性溶解
（1）阳极反应
Cu − 2e = Cu2+
E0 Cu / Cu2+
= 0.34V
M ′ − 2e = M ′2+
E0 M ′/ M ′2+
<
0.34V
式
中M`为FeH、SO2O4N2−−i−、22eeP==b2S、HO3+A++s1212、OO2S2 b等
E0 H2O / O2
3
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀电池中的阳极溶解 电解池中的阳极溶解
4
9.2 金属阳极的活性溶解
9.2.1腐蚀电池中的阳极溶解
腐蚀的定义：
Hale Waihona Puke 由于材料和它所处的环境发生反应而使材料和它的性 质发生恶化的现象。
金属腐蚀：
金属与周围的介质接触时，由于发生化学作用或
电化学作用而引起金属的破坏。
5
9.2 金属阳极的活性溶解