15 3-1 极化作用.ppt

第1页：极化作用一节的小节目录

• 1.极化现象(Polarization Phenomenon)
• 2.产生极化的原因(Reason of Polarization)
• 3.极化规律(Polarization Regulation)
• 4.极化曲线(Polarization Curve)
• 2.1阳极极化(Anodic Polarization)
• 2.2阴极极化(Cathodic Polarization)

第2页：锌铜电池接通后的极化现象

开路电位E0,a=-0.80V，E0,c=0.05V，R=230Ω断路情况下，R0→∞，I0=0开始接通的瞬间，电池通过的电流：随后电流减小，且稳定在0.2×10-3A 电路接通后，电位差减小，电流减小。

原因是电极发生了极化。电极上有电流通过时造成电位变化的现象称为电极的极化（Polarization）。有电流通过阳极时，阳极电位正方向变化，称阳极极化。有电流通过阴极时，阴极电位负方向变化，称阴极极化。减小电极极化的过程叫去极化，减小电极极化的物质叫去极化剂。

第3页：活化极化与浓差极化的成因

①活化极化电荷传递步骤控制电极过程速度。

是由于电极反应速度缓慢引起的极化，受电化学反应速度控制。②浓差极化液相传质步骤控制电极过程速度。电极反应速度受物质扩散速度的控制。③电阻极化金属表面保护膜造成电极反应速度减小。电极上有电流通过时的电极电位E与开路电位E0之差叫过电位。阳极过电位（ηa=Ea-E0）为正值。阴极过电位（ηc=Ec-E0）为负值。η代表电极反应的推动力。 (b)。

第4页：锌铜腐蚀电池电路图

图3-1 Zn-Cu腐蚀电池A3%NaClZnCuE0,a=-0.80VE0,c=0.05VR=230Ω。

第5页：腐蚀电池接通前后电位变化

图3-2腐蚀电池接通电路前后阴、阳极的电位变化图(a)E-t关系曲线; (b)E-i关系曲线+。

第6页：

第7页：阴极极化的两种原因

有电流通过阴极时，其电位负方向变化。

（1）活化极化(Activate Polarization)（2）浓差极化(ConcentrationPolarization)（3）阴极去极化的原因(Reason of CathodeDepolarization)。

第8页：阴极去极化与去极化剂

①阴极积累的电子得到释放。

最主要的两种阴极去极化剂是H+和溶解O2。2H++2e→H2O2+2H2O+4e→4OH-（碱性环境）O2+4H++4e→2H2O（酸性或中性环境）②使去极化剂易达到阴极或产物易迅速离开阴极的因素。

第9页：浓差极化与阴极去极化

阴极附近反应物或产物扩散速度较慢所致。

消除阴极极化的过程叫阴极去极化。无论是阳极极化，还是阴极极化，都会减小腐蚀电池的电位差，icorr减小。极化作用是阻止金属腐蚀的重要因素。溶液中在阴极得电子的物质或在阳极减小金属离子浓度的物质都叫去极化剂。能在阴极得电子的物质称为阴极去极化剂。在阳极使金属离子浓度减小的物质叫阳极去极化剂。

第10页：阴极还原与电子积累

阴极还原反应速度小于电子进入阴极的速度，电子在阴极积累，阴极电位负方向变化。

2H++2e→H2由阳极流入,速度大于电极反应速度。

第11页：阳极极化的两种原因

（1）活化极化(Activate Polarization)M→Mn++ne（2）浓差极化(Concentration Polarization)阳极产生的Mn+受扩散速度限制，阳极附近Mn+↑，由Nernst公式知，电位正方向变化。

（3）电阻极化(Resistance Polarization)金属有表面膜时，金属溶解受阻，阳极电流在保护膜中产生很大的电位降，使电位正方向变化。阳极极化越大，阳极溶解受阻越大。流向阴极（快）进入溶液，反应速度（慢）。

第12页：阳极去极化的原因

消除阳极极化的过程叫阳极去极化（AnodicDepolarization）。

阳极去极化原因:a.钝化膜遭破坏。b.Mn+加速离开两相界面。一些络合剂与金属离子生成络合物，降低了金属离子浓度，从而加速金属氧化溶解，使阳极去极化。c.搅拌作用。

第13页：电极平衡态与极化规律

平衡状态：指一个电极反应过程中，正逆两方向的物质交换和电荷交换都达到平衡，电极上没有额外的物质积累和电荷积累的状态。

单电极M|Mn+E0:初始电位;净电密:当电极可逆平衡时，电极没发生极化，η=0i0称为交换电密，表示电极上无净电流流过。当电极上有净电流通过时，电极极化，stopM Mn++ne。

第14页：电子流入时的阴极极化规律

(1)电子流入金属相时，即M←Mn++ne电极为阴极，电位负向变化，EC

η<0时，电极上只发生还原反应，净电流i<0。(2)电子由金属相流走，即M→Mn++ne电极为阳极，电位正向变化，Ea>E0,a，η=>0净电密电极上有净的氧化方向电流通过，电极上发生氧化过程。η>0时，电极上只发生氧化反应，净电流i>0。η<0电极上发生还原(-)反应，i<0η>0电极上发生氧化(+)反应，i>0η=0电极处于平衡态，i=0极化规律ηi≥0 由阳极流入流向阴极。

第15页：多重电极的极化规律

极化规律也适于多重电极的情况。

Zn|H2SO4该电极上可发生两个电极反应：Zn→Zn2++2e①2H++2e→H2↑②故称为二重电极，这种电极上虽然无净电流通过，却可以发生净的电化学反应：Zn+2H+→Zn2++ H2↑对于反应①，其平衡电位可依Nernst公式计算。而电极上实际发生的反应是Zn→Zn2+，是阳极反应，故相当于①反应的电流为i①>0,所以η①>0即Zn|H2SO4电极的电位应高于Zn|Zn2+电极的平衡电位。对于反应②，其平衡电位也可由Nernst公式计算。

第16页：锌在硫酸中的极化规律

而电极上实际发生的反应为H+→H2，是阴极反应，故相当于②反应的电流为i②<0,所以η②=EZn|H2SO4-EH<0即Zn|H2SO4电极的电位应低于氢电极的平衡电位。

虽然i总=i①+i②=0但i①≠0，i②≠0，故电极Zn|H2SO4的初始（静态）电位应在锌电极和氢电极的平衡电位之间，称为混合电位（mixed electrodepotential）。

第17页：极化曲线与极化图

电极电位与电流的关系曲线称极化曲线。

把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上，构成极化图。例：Fe|HCl电极，在Fe|HCl界面上同时进行电极反应：Fe Fe2++2e2H++2eH2理论上，IFe-EFe|HCl的关系是铁电极Fe|Fe2+的极化曲线(apb)。IH-EFe|HCl的关系是Fe|H2,H+的极化曲线(oqc)。r点对应的电位是Fe|HCl的静态电位，称自腐蚀电位Ecorr或混合电位。在Ecorr处，|IFe|=|IH|=IcorrIcorr称为腐蚀电流，反映了金属铁的腐蚀速率。只能通过极化曲线来推算。

第18页：E-lgi极化曲线与Tafel区

是E-lgi极化曲线。

P’对应的是Ecorr和icorr。在远离Ecorr的直线区，η与流过电极电流i的关系：η=a+blg|i|Tafel公式。通过实测得到阴、阳极极化曲线，反向延长曲线的直线部分，可估计出Ecorr和icorr。极化曲线的测定方法有恒电流法和恒电位法。E-I（适于均匀、局部腐蚀）E-lgi（适于阴、阳极反应均是活化极化）E-i（适于均匀腐蚀）。

第19页：铁在盐酸中的极化图

OOIFe-EFe|HClFe|Fe2+IH-EFe|HClFe|H2，H+rp=rqIFe=–IH=Icorr实测。