管罐腐蝕與防護(hù)ppt課件(已修改)
2025-05-16 08:33 本頁面
【正文】 1 管 罐 腐 蝕 與 防 護(hù) 2 一、電極電位（ electrode potential） （一）電極與電極電位 ? 電極 ：電子導(dǎo)體（金屬）與離子導(dǎo)體（液、固電解質(zhì)）接觸，并且有電荷在兩相之間遷移而發(fā)生氧化還原反應(yīng)的體系，稱為電極。 ? 電極反應(yīng)：在 電極與溶液界面上的進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)稱為電極反應(yīng)。 Zn Cu HCl 第一章 金屬腐蝕與防護(hù)基本原理 3 ? 雙電層： 當(dāng)金屬浸入電解質(zhì)溶液中時(shí)，其表面離子與溶液中的離子相互作用，使界面處金屬和溶液分別帶異電荷，即雙電層 (electrostatic double layer, double electrode layer)。 電極電位： 雙電層兩側(cè)的電位差，即金屬與溶液之間的電位差 稱為電極電位。 雙電層是如何建立的？電位差是怎么產(chǎn)生的？ 4 （ establishment of double electrode layer） ? 通常有兩種雙電層： 1） 活性強(qiáng)金屬：金屬表面帶負(fù)電荷，溶液帶正電荷 2） 活性弱金屬（貴金屬） ： 金屬表面帶正電荷，溶液帶負(fù)電荷。 （ 二）、雙電層結(jié)構(gòu) （ structure of double electrode layer） 最早于 1879年 Helmholtz提出 平板模型 ； 1910年 Gouy和 1913年 Chapman修正了平板模型，提出了 擴(kuò)散雙電層模型 ； 后來 1924年 Stern又提出了 Stern模型 。 5 ? 特殊雙電層 一些正電性的金屬或非金屬（石墨）在電解質(zhì)溶液中，既不能被溶液水化成正離子，也不能有金屬例子沉積到金屬表面，此時(shí)將出現(xiàn)另一種雙電層。如將鉑（ Pt）放在溶有氧的水溶液中，鉑上會吸附一層氧分子或氧原子，氧從鉑上獲得電子并和水作用，生成 OH，使得溶液帶有負(fù)電性，鉑失去電子帶正電性，這種電極稱為氧電極。 6 實(shí)質(zhì)上，金屬本身是電中性的，電解質(zhì)溶液也是電中性的，但是當(dāng)金屬以陽離子形式進(jìn)入溶液、溶液中的正離子沉積在金屬表面上、溶液中的離子分子被還原時(shí)，都將使得金屬表面和溶液的電中性遭到破壞，形成帶異種電荷 的雙電層。 7 的結(jié)構(gòu) ? 雙電層是有緊密層和分散層兩大部分組成。 ? 電極電位是金屬表面與擴(kuò)散層末端的電位差。 ? 電極電位的大小 是由雙電層上 金屬表面的電荷密度 （單位面積上的電荷數(shù)）決定的。 金屬表面電荷密度 金屬性質(zhì) 晶體結(jié)構(gòu) 表面狀態(tài) 溫度 金屬離子濃度 8 ? 電極電位的測量方法： 將待測金屬電極相對一個(gè)參比電極測出該腐蝕原電池的電動勢（電壓），為相對的電極電位值。 ? 氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位： 是指被測電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成的腐蝕原電池的電位差。 ? 標(biāo)準(zhǔn)氫電極（ SHE） :1atm,25℃ ，氫離子活度為 1，進(jìn)行氫電離可逆反應(yīng)的電極體系。 ? 人為規(guī)定氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位 E0=0 9 ? 電動序： 在標(biāo)準(zhǔn)電極電位表中， 氫前面的金屬電位值很負(fù)，在熱力學(xué)上極不穩(wěn)定，腐蝕傾向大 。 而位于其后面的金屬，電位值很正，腐蝕傾向小。 即， 電位越低，金屬的負(fù)電性越強(qiáng)，離子化越大，腐蝕趨勢就更加嚴(yán)重。 10 其他常用的參比電極（ reference electrode） 1)飽和甘汞電極 2）銅 /硫酸銅電極 其它參比電極電位值與氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位的轉(zhuǎn)換： ESHE = E參 + E測 11 （三）平衡電位（ equilibrium potential） ? 當(dāng)金屬電極上只有一個(gè)確定的電極反應(yīng)，且處于動態(tài)平衡，該電極反應(yīng)的電量和物質(zhì)量在氧化還原反應(yīng)中都達(dá)到平衡時(shí)的電極電位，也稱可逆電極電位。 ? 可用能斯特方程求解電位 22nnM e n e n H O M e n H O n e????0// lnn n nM M M M MRTE E anF? ? ???12 （四）非平衡電位（ equilibrium potential） ? 是指在一個(gè)電極表面上同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)不同質(zhì)量的氧化還原反應(yīng)，但僅有電量的平衡而沒有物質(zhì)平衡時(shí)的電極電位，稱為非平衡電位或不可逆電極電位。 Fe2e ? Fe2+ 2H2O+O2+4e?4OH– 13 二、電位－ pH圖 （一）電位 — pH圖的建立 若將金屬腐蝕體系的電極電位與溶液 pH值的關(guān)系繪成圖，就能直接從圖上判斷在給定條件下發(fā)生腐蝕反應(yīng)的可能性。這種圖稱為電位 — pH圖 。 是由比利時(shí)學(xué)者布拜 (M Pourbaix)在 1938年首先提出 ,又稱為布拜圖。它是建立在化學(xué)熱力學(xué)原理基礎(chǔ)上的一種電化學(xué)平衡圖，該圖涉及到溫度、壓力、成分、控制電極反應(yīng)的電位以及影響溶液中的溶解、解離反應(yīng)的 PH值。 14 電位 — PH圖：是以縱坐標(biāo)表示電極反應(yīng)的平衡電極電位 (相對于： SCE)，橫坐標(biāo)表示溶液 pH值的熱力學(xué)平衡圖。 布拜和他的同事已作出 90種元索與水構(gòu)成的電位 — pH圖，稱之為電化學(xué)平衡圖譜，也稱為理論電位 — PH圖 (參見聞 )。如通過金屬、氧＆氫的反應(yīng)及反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)繪制電位 — PH關(guān)系圖 ，并且劃分為“不腐蝕”、“鈍化”和“腐蝕”三個(gè)區(qū) 。 15 （二） FeH20腐蝕體系的電位 — PH圖 M Pourbaix 在制作圖時(shí) 假設(shè)金屬離子活度的臨界條件為 106mol/L，低于此值腐蝕可以忽略不計(jì)。 將已知的活度值代入能斯特方程算 出鐵的平衡電位 E＝ ,并以此值為界限劃分 腐蝕區(qū)與非腐蝕區(qū)，把生成難溶的腐蝕產(chǎn)物的區(qū)域稱為鈍化區(qū) 。圖中 每一條曲線相當(dāng)于一個(gè)平衡反應(yīng) 。 圖 16 FeH20腐蝕體系簡化的電位 — PH圖 16 1）腐蝕區(qū) 處于穩(wěn)定狀態(tài)的是可溶性的 Fe2+、 Fe3+、 FeO42和 HFeO2等離子，金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此金屬可能發(fā)生腐蝕。 2）免蝕區(qū) (非腐蝕區(qū) ) 在此區(qū)域內(nèi)金屑處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)不發(fā)生腐蝕。 3）鈍化區(qū) 腐蝕產(chǎn)物為固態(tài)氧
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