從中學(xué)化學(xué)角度探討原電池與電化學(xué)腐蝕

王明哲

摘 要：電化學(xué)問題包括原電池的構(gòu)造條件以及電解反應(yīng)產(chǎn)物及電解時溶液pH值的變化等等，在高考中一般都較為熱門，其中原電池的工作原理和電化學(xué)腐蝕與防護相關(guān)題目分值比較高，是高中化學(xué)中的重點也是難點。原電池相關(guān)的題目具有較強的靈活性，正確判斷電極的正負性對于解答相關(guān)題目有著非常重要的作用。目前，金屬材料的腐蝕造成了極大的經(jīng)濟損失，金屬的電化學(xué)腐蝕是主要的原因，而原電池理論對于我們理解電化學(xué)腐蝕有著十分重要的作用，進而采用合適的方法進行電化學(xué)防護。

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué)；原電池；電化學(xué)腐蝕

中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0255-02

電化學(xué)的題目是高中物化學(xué)中的重點也是一大難點，特別是原電池理論以及電化學(xué)腐蝕的相關(guān)題目分值更為高。由此可見，原電池原理與電化學(xué)腐蝕在高中化學(xué)中具有極高的地位。

在求解有關(guān)原電池理論以及電化學(xué)腐蝕的相關(guān)題目時，應(yīng)該首先掌握原電池理論，從而對整個題目進行分析，同時，我們可以利用原電池理論，可以懂得金屬腐蝕的原因，并采取一定措施進行防護。

1 原電池

1.1 原電池的概念

原電池，從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，是從化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，而從化學(xué)反應(yīng)的角度來看，是通過氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置，在日常生活中，干電池是最常見的原電池。

1.2 原電池的組成結(jié)構(gòu)

原電池由兩個半電池組成。在半電池中有一固態(tài)物質(zhì)作為導(dǎo)體，稱為電極，每一半電池都是由電極導(dǎo)體和電解質(zhì)溶液組成。而原電池的實現(xiàn)是以氧化還原反應(yīng)為原理，分別在正極發(fā)生還原反應(yīng)，在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，并生成新的物質(zhì)。如圖1，是銅鋅原電池的示意圖，根據(jù)金屬活躍性可知，銅極是正極，是電子進入的極，發(fā)生還原反應(yīng)，而鋅極是負極，是電子流出的極，發(fā)生氧化反應(yīng)，而電解質(zhì)溶液是鹽酸溶液。

1.3 原電池的電極方程式

原電池的電極方程式的書寫是電化學(xué)專題必考的題型，做題的一般步驟主要分為三步。

第一步是判斷電極，并列出物質(zhì)。判斷電極的方法主要有：根據(jù)金屬的活潑性，比較活潑的電極是負極，比較惰性的電極是正極；根據(jù)電子的流出與流入的方向，流出電子的電極是負極，流入電子的電極是正極；根據(jù)原電池工作的原理，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負極，發(fā)生還原反應(yīng)的是正極；根據(jù)化合價的升降，化合價升高的是負極，化合價降低的是正極。判斷原電池的正負極之后，即可列出正負極的物質(zhì)

第二步是根據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理，選出離子，配出電荷，此步驟需要滿足電荷守恒。

第三步是巧用水，配平整個方程式，使得滿足質(zhì)量守恒。

例將銅片和鋁片用導(dǎo)線相連，分別同時插入稀H2SO4和濃HNO3中，寫出兩池的電極反應(yīng)。

解析：本題考查的是電極方程式的寫法，第一步判斷原電池兩極的正負性，本題我們根據(jù)金屬的活潑性，鋁的活潑性較強，作為原電池的負極，銅作為正極。第二步，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理，負極的物質(zhì)被氧化，失去電子，可得到初步的方程式：Al-3e-=Al3+，正極的物質(zhì)被還原，得到電子，可得到初步的方程式：2H++2e-=H2↑。第三步是需要讓整個方程式配平，顯然兩個初步的方程式已配平。故可得到初步的方程式便是最終的電極方程式。

2 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕，即金屬和電解質(zhì)組成兩個電極，組成腐蝕原電池。它與普通的化學(xué)腐蝕相比，腐蝕速度更快。左邊是化學(xué)腐蝕，鐵與酸反應(yīng)，鐵被腐蝕，腐蝕速率較慢；右邊是電化學(xué)腐蝕，鐵作負極被腐蝕，腐蝕速率較快。電化學(xué)腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。

2.1 析氫腐蝕

析氫腐蝕，即溶液中的氫離子作為去極劑，在陰極上放電，促使金屬陽極溶解持續(xù)進行的金屬腐蝕，大多數(shù)工程上使用的金屬，如碳鋼、鑄鐵、鋅、鋁、不銹鋼等金屬和合金在酸性的環(huán)境中經(jīng)常發(fā)生析氫腐蝕，如圖2，就是鋼鐵的析氫腐蝕原理示意圖，金屬鐵在醋酸中被氧化。

2.2 吸氧腐蝕

吸氧腐蝕，即金屬在中性和堿性溶液中與溶液中的溶解的氧氣發(fā)生氧化腐蝕。在工業(yè)生產(chǎn)中，鋼鐵材料是常見的吸氧腐蝕，鋼鐵是鐵和碳的混合物，而碳和鐵都可以作為導(dǎo)體，分別作為原電池的正極和負極，從而加快了鋼鐵的腐蝕，如圖3，就是鋼鐵的吸氧腐蝕原理示意圖。

3 電化學(xué)防護

金屬腐蝕對日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中造成了巨大損失，因此，金屬的防護顯得十分重要，金屬的防護除了在金屬表面覆蓋保護層和改造成合金等金屬和非金屬防護方法，電化學(xué)方法的方法更為有效，電化學(xué)防護主要分為犧牲陽極保護法和外加電流的陰極保護法。

犧牲陽極保護法的原理是在形成原電池反應(yīng)時，讓被保護金屬做正極，活潑金屬做負極，如圖4，就是犧牲陽極保護法的示意圖。

外加電流的陰極保護法的原理是將被保護金屬作為電解池的陰極，另一導(dǎo)電物質(zhì)作為陽極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護，如圖5，就是外加電流的陰極保護法示意圖。

4 結(jié)語

電化學(xué)中的原電池原理是高中化學(xué)的重點之一，也和工業(yè)生產(chǎn)有著密切的關(guān)系，掌握原電池的理論，可以分析出金屬腐蝕的根本原因，進而使用適當(dāng)?shù)胤椒ǚ乐菇饘俑g。

參考文獻

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