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正文內(nèi)容

電化學(xué)與金屬腐蝕的防護(hù)-展示頁

2024-09-04 19:30本頁面
  

【正文】 分子中含有碳碳雙鍵 (C=C)的烴,叫做烯烴, C=C雙鍵是烯烴的官能團(tuán)。 只含有一個(gè)碳原子的烷烴叫做甲烷 (CH4),是天然氣、油田氣、沼氣的主要成分。烷烴是非極性分子,難溶于水而易溶于苯和醚等有機(jī)溶劑。 C4以上就有異構(gòu)體存在,且隨碳原子數(shù)目增加,而急刷增加。從烷烴分子中去掉一個(gè)氫原子后剩下的基團(tuán)叫做烷基,通常用 R一表示,烷基的通式為 CnH2n+1 直鏈結(jié)構(gòu)的烷烴叫正烷烴,或者用 n一烷烴表示。烷烴中的碳原子以 sp3雜化軌道與其他四個(gè)原子共價(jià)鍵合,形成四面體結(jié)構(gòu)。脂肪烴又分為四大類:烷烴、烯烴、雙烯烴、炔烴。烴又可分為三大類,脂肪烴、脂環(huán)烴、芳香烴。由一對共享電子形成的鍵稱為單鍵 (如 C— C、 C— H、 C— C C— O、 O— H等 );由二對或三對共享電子所形成的鍵,分別稱為雙鍵 (如 C=C, C=O等 )或三鍵 (如 C 三 C) ( 1)有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)式:以短劃 “ 一 ” 代表一個(gè)共價(jià)鍵,以元素符號代表不同原子,按照一定次序和方式將分 子中的原子結(jié)合在一起的式子稱為分子的結(jié)構(gòu)式,通常使用的結(jié)構(gòu)式有短線式、縮簡式和鍵線式。 (四)有機(jī)化合物 的結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì) 大多數(shù)有機(jī)化合物是由共享電子對形成的共價(jià)鍵所組成的。 ( 3)系統(tǒng)命名法:源于國際純粹和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會 (IUPAC)命名規(guī)則并結(jié)合我特點(diǎn)制訂的命名法,其特點(diǎn)是把結(jié)構(gòu)與名稱聯(lián)系了起來。碳原子在十以下的 (包括十 ),分別用甲、 Z、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、葵等天干名稱命名。俗名雖不能反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)面貌,但有形象簡便的好處。 (三)有機(jī)化合物的命名 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,種類繁多,常見的命名法有俗名法、普通命名法 (也叫命名法 )及系統(tǒng)命名法。也可以把官能團(tuán) 作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整理分類。一種是按碳的骨架分類,一種是按 官能團(tuán)分類。例如,乙醇和甲醚組成相同,分子式都是 C2H60,但由于原子相互連接的順序和方式的不同,它們具有的物理化學(xué)性質(zhì)就完全不同。多數(shù)有機(jī)物都含有碳、氫元素,因此,有機(jī)物容易燃燒,高溫易分解,易炭化。 ( 3)用金屬鎳作電極,陽極得到鎳離子,陰極得到鎳 有機(jī)化學(xué) (一)、有機(jī)化合物的物 化性質(zhì) ( 1)物理特性 有機(jī)化合物絕大多數(shù)為共價(jià)化合物,極性較小或無極性,分子間的引力較小,反映到物理性質(zhì)上必然是熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低;多數(shù)有機(jī)物不溶于極性大的水中,而易溶于極性小的有溶劑中;比重較小,多數(shù)小于 1,超過 2的極少。電解水的反應(yīng)為: 電極上放電反應(yīng)的一般規(guī)律是: ( 1)用石墨作電極,電解氯化物、溴化物、碳化物、硫化物時(shí),在陽極一般得到鹵素或硫,電解在位于氫后面的不活潑金屬的鹽溶液時(shí),在陰極上得到相應(yīng)金屬。 在電解池的陰極上發(fā)生的總是還原反應(yīng),而在電解池的陽極上發(fā)生的總是氧化反應(yīng)。 左圖為電解裝置示意圖。因此,電解液中的正離子 (陽離子 )移向陰極,在陰極上和電子結(jié)合進(jìn)行還原反應(yīng)而放電;負(fù)離子 (陰離子 )移向陽極,在陽極上給出電子進(jìn)行氧化反應(yīng)而放電 (在電解中,得到電子或失去電子的過程都叫做放電 )。在電解池內(nèi)是離子導(dǎo)電,并無電子流過。電解池中,和直流電源的負(fù)極相連接的極叫陰極,和直流電源的正 極相連接的極叫做陽極。 電解 直流電通過電解液 (電解質(zhì)的溶液或熔融液 ),在電極上將發(fā)生氧化還原反應(yīng),這種由外加電流迫使化學(xué)反應(yīng)沿著人們希望的方向 (而非自發(fā)方向 )進(jìn)行的電化學(xué)變化過程叫做電解。 E 電池 =E 正 E 負(fù) ( 2)比較氧化劑和還原劑的相對強(qiáng)弱:隨著 E( ) 的代數(shù)值增大,電對中氧化態(tài)物質(zhì)的氧化性增強(qiáng),而相 應(yīng)的還原態(tài)物質(zhì)的還原性減弱。 (五)、電極電位的應(yīng)用 電極電位主要有以下幾方面的應(yīng)用: ( 1)計(jì)算原電池的電動勢:在原電池中,電極電位數(shù)值較大的電極是正極,電極電位代數(shù)值較小的電極為負(fù)極。 例 計(jì)算 298k時(shí),在 OH離子濃度為 例 1. 計(jì)算在 298k時(shí),鋅浸在 而 H2O的相對濃度不必寫入能斯特方程中,因?yàn)樵谙∪芤褐蟹磻?yīng), H2O的相對濃度變化很小,可看作常數(shù)。反之,電極電位值減小。 (四)影響電極電位的因素 影響電極電位的因素主要有下列幾種: ( 1)電極 材料( 2)溶液中有關(guān)離子的濃度(或氣態(tài)物質(zhì)的分壓)( 3)溫度 通常試驗(yàn)是在室溫(如不指明,則為 298k)下進(jìn)行的,所以對某一種指定的電極來說,有關(guān)離子濃度的改變往往是影響電極電位的主要因素。在使用標(biāo)準(zhǔn)電極電位表時(shí)應(yīng)注意 。原電池中電動勢總是等于正極電位與負(fù)極電位之差( E+E) (三 )標(biāo)準(zhǔn)電極電位 當(dāng)指定電極中與電極反應(yīng)有關(guān)的所有物項(xiàng)都處于熱力學(xué)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí),該電極即為標(biāo)準(zhǔn)電極,其電極電位即為標(biāo)準(zhǔn)電極電位,用符號 E㈠ 來表示。dm 3)|| Cu2+ (1mol一般選用鉑或石墨作為惰性電極。如果組成電極的物質(zhì)是氣體或者是同一元素的兩種不同價(jià)態(tài)的離子,則需外加惰性電極。習(xí)慣上把負(fù)極寫在左邊,正極寫在右邊。 “||” 表示鹽橋。 原電池表示方法:原電池可用符號表示。當(dāng)原電池起作用時(shí),正極上總是發(fā)生還原反應(yīng): 我們還是以銅鋅原電池為例,看一下原電池的裝置及作用原理。例如,把鋅放在硫酸銅溶液中,鋅溶解而銅析出。這樣將原電池接人回路中,才能在回路中產(chǎn)生電流。 下面我們說一下原電池的組成。這種能使氧化還原反應(yīng)分開進(jìn)行而產(chǎn)生電流的裝置,稱為原電池。而氧化還原反應(yīng)放出的化學(xué)能也轉(zhuǎn)化為熱,散發(fā)在環(huán)境 中,不能被利用來做功。但當(dāng)人們把氧化劑與還原劑放在一起發(fā)生反應(yīng)時(shí),并沒有電流產(chǎn)生。而接受電子的物項(xiàng) (H+)是氧化劑,其本身在反應(yīng)中發(fā)生了還原,其氧化態(tài)是降低的。 例如: 電子由鋅粒轉(zhuǎn)移到 H2S()4的 H+離子上。第二十四講 電化學(xué)與金屬腐蝕、有機(jī)化學(xué)和鋼筋混凝土的腐蝕和防護(hù) 一、內(nèi)容提要:本講主要是講解原電池與電極電位、電解、有機(jī)化學(xué)、鋼筋混凝土的腐蝕和防護(hù)等問題。 二、本講的重點(diǎn)及難點(diǎn)是:能斯特方程及其應(yīng)用、有機(jī)化合物的分類及其命名、鋼筋混凝土的腐蝕和防護(hù)措施 三、內(nèi)容講解: 原電池與電極電位 (一 )氧化還原反應(yīng)與原電池 氧化還原反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中的一大類,這類反應(yīng)的本質(zhì)是在反應(yīng)中發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移。給出電子的物項(xiàng) (Zn)是還原劑,其本身在反應(yīng)中發(fā)生了氧化,其氧化態(tài)是升高的。雖然,在每個(gè)氧化還原反應(yīng)中都發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移。因?yàn)殡娮又苯佑蛇€原劑轉(zhuǎn)移到氧化劑上,沒有 形成電子的定向流動,所以沒有電流產(chǎn)生。只有通過特殊的裝置,使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在兩個(gè)容器中進(jìn)行,才有可能使氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移成為定向的電子流動,即形成電流,并利用此電能做功。原電池 :是將氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。 原電池作為一種化學(xué)電源,與其他任何電源一樣,它必須具備兩個(gè)電極,一個(gè)電極能向外電路發(fā)出電流,另一個(gè)電極能接受由 外電路流入的電流。通常我們把原電池中電子流出的一極稱為負(fù)極,而把電子流入的一極稱為正極。這是一個(gè)氧化還原反應(yīng),其化學(xué)方程式如下: Zn+CuS04=Cu+ZnS()4 或?qū)懗呻x子方程式為 Zn+Cu2+=Zn2++Cu 在銅鋅原電池中,鋅板為負(fù)極,銅板為正極。下圖所示為銅鋅原電池。例如銅鋅原電池可寫作:( ) Zn| ZnSO4||Cu SO4| Cu(+) “|” 表示相界面,是固相與液相或氣相與液相的分界面。“ ( ) ” 、 “ ( +) ” 分別表示電池的負(fù)極和正極。導(dǎo)體(如 Zn、 Cu 等)總是寫在電池符號的兩側(cè)。惰性電極是一種能夠?qū)щ姸粎⒓与姌O反應(yīng)的電極。例如氫鋅原電池可寫作( ) Zn| Zn2+||H+|H2( Pt) (+),若需要強(qiáng)調(diào)有關(guān)溶液的濃度(或氣態(tài)物質(zhì)的分壓)則應(yīng)在電池符號中標(biāo)明有關(guān)物質(zhì)的濃度(或 分壓),例如: ( )( Pt) H2 (100kPa)| H+ (1moldm 3)| Cu(+) (二 )原電池的電動勢 將原電池接入回路中,原電池即能作為電源產(chǎn)生電流,表明原電池的兩極間存在一個(gè)電位差,亦即原電池的電動勢,一般用 E 電池 來表示。 標(biāo)準(zhǔn)電極電位表 示了各種電極在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧化還原能力的強(qiáng)弱,標(biāo)準(zhǔn)電極電位越負(fù),表示該電對中的還原態(tài)物質(zhì)是越強(qiáng)的還原劑,標(biāo)準(zhǔn)電極電位越正,表示電對中的氧化態(tài)物質(zhì)是越強(qiáng)的氧化劑。 以上各種情況下的 E㈠ 是相同的。 下面我們介紹 298k時(shí)電極電位與濃度的關(guān)系式 —— 能斯特方程式 對于任一電極反應(yīng): 式中, EMn+/M— 電 極電位, EMn+/M()— 標(biāo)準(zhǔn)電極電位, n電極反應(yīng)中得失的電子數(shù), — 還原態(tài)物質(zhì)在水溶液中的相對濃度,或相對分壓 — 氧化態(tài)物質(zhì)在水溶液中的相對濃度,或相對分壓 從能斯特方程式可知,氧化態(tài)物質(zhì)濃度增大或還原態(tài)物質(zhì)濃度減小,都會使電極電位值增大。 在應(yīng)用能斯特方程式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算時(shí),必須注意以下幾點(diǎn): 在這電極反應(yīng)中 H+是與氧化態(tài)物質(zhì) MnO4同處一邊的,故 H+的相對濃度在能斯特方程式中按氧化態(tài)處理。 下面舉兩個(gè)例子來說明如何應(yīng)用能斯特方程式計(jì)算電極電位。dm 3的硫酸鋅溶液中的電極電位。dm 3的溶液中氧的電極電位(已知Po2=100kPa) 從以上兩個(gè)例子中可以看到: ① 離子濃度對電極電位有影響,但在通常情況下影響不大; ② 當(dāng)金屬離子濃度減小時(shí) ,金屬將比較容易失去電子,成為正離子進(jìn)入溶液,使金屬 的電極電位代數(shù)值減小; ③ 當(dāng)非金屬離子濃度減小時(shí),非金屬將比較容易得到電子,成為負(fù)離子進(jìn)人溶液,使 非金屬的電極電位代數(shù)值增大。原電池的電動勢為正極的電極電位減去負(fù)值的電極電位。 ( 3)判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向 E( ) 電池 0,氧化反應(yīng)(指正向)能自發(fā)進(jìn)行; E( ) 電池0,不能自發(fā)進(jìn)行,逆反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行; E( ) 電池 =0,平衡狀態(tài)。這種借助于電流引起化學(xué)變化的裝置,也就是將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置叫做電解池 (或電解槽 )。電子從陰極進(jìn)入電解池,從陽極離開而回到電源。在陰極上
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