從中學化學角度探討原電池與電化學腐蝕

王明哲

摘 要：電化學問題包括原電池的構造條件以及電解反應產物及電解時溶液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腐蝕與防護相關題目分值比較高，是高中化學中的重點也是難點。原電池相關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濟損失，金屬的電化學腐蝕是主要的原因，而原電池理論對于我們理解電化學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防護。

關鍵詞：中學化學；原電池；電化學腐蝕

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

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

在求解有關原電池理論以及電化學腐蝕的相關題目時，應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，從能量轉化的角度來看，是從化學能轉化成電能的裝置，而從化學反應的角度來看，是通過氧化還原反應而產生電流的裝置，在日常生活中，干電池是最常見的原電池。

1.2 原電池的組成結構

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

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。判斷電極的方法主要有：根據金屬的活潑性，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；根據原電池工作的原理，發生氧化反應的電極是負極，發生還原反應的是正極；根據化合價的升降，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

第二步是根據氧化還原反應的原理，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，使得滿足質量守恒。

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

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，根據氧化還原反應的原理，負極的物質被氧化，失去電子，可得到初步的方程式：Al-3e-=Al3+，正極的物質被還原，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 電化學腐蝕

電化學腐蝕，即金屬和電解質組成兩個電極，組成腐蝕原電池。它與普通的化學腐蝕相比，腐蝕速度更快。左邊是化學腐蝕，鐵與酸反應，鐵被腐蝕，腐蝕速率較慢；右邊是電化學腐蝕，鐵作負極被腐蝕，腐蝕速率較快。電化學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進行的金屬腐蝕，大多數工程上使用的金屬，如碳鋼、鑄鐵、鋅、鋁、不銹鋼等金屬和合金在酸性的環境中經常發生析氫腐蝕，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生氧化腐蝕。在工業生產中，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 電化學防護

金屬腐蝕對日常生活和工業生產中造成了巨大損失，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，電化學方法的方法更為有效，電化學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，另一導電物質作為陽極，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 結語

電化學中的原電池原理是高中化學的重點之一，也和工業生產有著密切的關系，掌握原電池的理論，可以分析出金屬腐蝕的根本原因，進而使用適當地方法防止金屬腐蝕。

參考文獻

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