文档介绍：电化学反应及其腐蚀
09级化学化工学院
化学教育(3)班
武超婷 160109183
摘要:氧化―还原反应是普遍存在的一类重要的反应。金、
锈蚀及许多化工生产都涉及到氧化―还原反应。氧化―还原反应的本质是电子得失或偏移,如何通过化学能转变为电能,使氧化―还原反应获得或失去电子,利用电化学的知识来解释一些电化学腐蚀现象。
关键词:氧化―还原反应;电化学;原电池;电化学腐蚀
人们对氧化―还原概念的认识经历了一个漫长的过程。最终把与氧结合的过程称为氧化;把含氧物失去氧的过程称为还原反应。这一直观的定义迄今仍然是有用的,但覆盖范围显然较小。随着对化学反应的进一步研究,人们认识到,在许多与氧无关的反应中,原子之间也发生了较强烈的电子偏移、引起氧化数的改变。由此产生了电子得失,即电化学。电化学是化学学科中的一个重要内容,电化学原理及其应用被划为教材中的重点。电化学现象在工农业生产和生活中随处可见,如铁会生锈[1],而用铁制造的船则不会被腐蚀等。本文就原电池、电化学腐蚀的有关问题对氧化―还原反应阐述一些粗浅的认识。
1 电化学及原电池的组成
我们通常把化学能与电能的相互转换称之为电化学。把化学能转变为电能的装置叫做原电池,是自发的氧化还原反应产生的电流装置,同时证明氧化还原反应中有电子转移。原电池的原理是化学反应中的氧化―还原反应。例如,将Zn片放在CuSO4溶液中,发生氧化―还原反应。反应方程式为: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu (1)
此反应中Zn被氧化为Zn2+,Cu2+被还原成Cu,也就是说Zn原子将2 个电子转移给了Cu2+ ,单质Zn变成Zn2+发生了氧化反应,Cu2+变成Cu发生了还原反应,而且在反应过程中一直有电子转移,我们即可将此反应设计成原电池。
正极反应:Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu (1)
半电池符号: Cu(s) | Cu2+ (aq) (2)
负极反应:Zn = Zn2+ + 2e—(3) 盐桥
半电池符号: Zn(s) | Zn2+ (aq) 饱和KCl 溶液
一般电极反应式通常书写为还原过程,即:
[氧化态] + ne—= [还原态][2]
正、负极反应之和称为电池反应,即:
电池反应=正极反应+负极反应
(2 )+(3)得:
Zn(s)+ Cu2+ (aq)= Zn2+ (aq)+ Cu(s) (4)
电池符号:
(-)Zn| Zn2+ (c/mol·L-1)‖Cu2+ (c/mol·L-1) | Cu (+)
组成原电池有三要素:第一,氧化―还原反应是自发的;第
二,有电解质溶液;第三,至少有两个电极且连成回路。以下根据一个氧化―还原反应设计一个原电池。[3]
以实验室用高锰酸钾与盐酸发生反应制取***气的反应为例:
2KMnO4+16HCl= 2MnCl2 +2KCl+ 5Cl2↑+ 8H2O
Cl- → Cl2 + 10e-
设计成原电池,步骤如下:
1)根据反应中各元素氧化数的变化标出正、负的氧化―还原电对。
2KMnO4+16HCl= 2MnCl2 +2KCl+ 5Cl2↑+ 8H2O
Cl-→ Cl2 为负极氧化―还原对;
MnO4- → Mn2+ 为正极氧化―还原对。
2)根据正、负极的“氧化―还原