从中学化学角度探讨原电池与电化学腐蚀

王明哲

摘 要：电化学问题包括原电池的构造条件以及电解反应产物及电解时溶液pH值的变化等等，在高考中一般都较为热门，其中原电池的工作原理和电化学腐蚀与防护相关题目分值比较高，是高中化学中的重点也是难点。原电池相关的题目具有较强的灵活性，正确判断电极的正负性对于解答相关题目有着非常重要的作用。目前，金属材料的腐蚀造成了极大的经济损失，金属的电化学腐蚀是主要的原因，而原电池理论对于我们理解电化学腐蚀有着十分重要的作用，进而采用合适的方法进行电化学防护。

关键词：中学化学；原电池；电化学腐蚀

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0255-02

电化学的题目是高中物化学中的重点也是一大难点，特别是原电池理论以及电化学腐蚀的相关题目分值更为高。由此可见，原电池原理与电化学腐蚀在高中化学中具有极高的地位。

在求解有关原电池理论以及电化学腐蚀的相关题目时，应该首先掌握原电池理论，从而对整个题目进行分析，同时，我们可以利用原电池理论，可以懂得金属腐蚀的原因，并采取一定措施进行防护。

1 原电池

1.1 原电池的概念

原电池，从能量转化的角度来看，是从化学能转化成电能的装置，而从化学反应的角度来看，是通过氧化还原反应而产生电流的装置，在日常生活中，干电池是最常见的原电池。

1.2 原电池的组成结构

原电池由两个半电池组成。在半电池中有一固态物质作为导体，称为电极，每一半电池都是由电极导体和电解质溶液组成。而原电池的实现是以氧化还原反应为原理，分别在正极发生还原反应，在负极发生氧化反应，并生成新的物质。如图1，是铜锌原电池的示意图，根据金属活跃性可知，铜极是正极，是电子进入的极，发生还原反应，而锌极是负极，是电子流出的极，发生氧化反应，而电解质溶液是盐酸溶液。

1.3 原电池的电极方程式

原电池的电极方程式的书写是电化学专题必考的题型，做题的一般步骤主要分为三步。

第一步是判断电极，并列出物质。判断电极的方法主要有：根据金属的活泼性，比较活泼的电极是负极，比较惰性的电极是正极；根据电子的流出与流入的方向，流出电子的电极是负极，流入电子的电极是正极；根据原电池工作的原理，发生氧化反应的电极是负极，发生还原反应的是正极；根据化合价的升降，化合价升高的是负极，化合价降低的是正极。判断原电池的正负极之后，即可列出正负极的物质

第二步是根据氧化还原反应的原理，选出离子，配出电荷，此步骤需要满足电荷守恒。

第三步是巧用水，配平整个方程式，使得满足质量守恒。

例将铜片和铝片用导线相连，分别同时插入稀H2SO4和浓HNO3中，写出两池的电极反应。

解析：本题考查的是电极方程式的写法，第一步判断原电池两极的正负性，本题我们根据金属的活泼性，铝的活泼性较强，作为原电池的负极，铜作为正极。第二步，根据氧化还原反应的原理，负极的物质被氧化，失去电子，可得到初步的方程式：Al-3e-=Al3+，正极的物质被还原，得到电子，可得到初步的方程式：2H++2e-=H2↑。第三步是需要让整个方程式配平，显然两个初步的方程式已配平。故可得到初步的方程式便是最终的电极方程式。

2 电化学腐蚀

电化学腐蚀，即金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池。它与普通的化学腐蚀相比，腐蚀速度更快。左边是化学腐蚀，铁与酸反应，铁被腐蚀，腐蚀速率较慢；右边是电化学腐蚀，铁作负极被腐蚀，腐蚀速率较快。电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

2.1 析氢腐蚀

析氢腐蚀，即溶液中的氢离子作为去极剂，在阴极上放电，促使金属阳极溶解持续进行的金属腐蚀，大多数工程上使用的金属，如碳钢、铸铁、锌、铝、不锈钢等金属和合金在酸性的环境中经常发生析氢腐蚀，如图2，就是钢铁的析氢腐蚀原理示意图，金属铁在醋酸中被氧化。

2.2 吸氧腐蚀

吸氧腐蚀，即金属在中性和碱性溶液中与溶液中的溶解的氧气发生氧化腐蚀。在工业生产中，钢铁材料是常见的吸氧腐蚀，钢铁是铁和碳的混合物，而碳和铁都可以作为导体，分别作为原电池的正极和负极，从而加快了钢铁的腐蚀，如图3，就是钢铁的吸氧腐蚀原理示意图。

3 电化学防护

金属腐蚀对日常生活和工业生产中造成了巨大损失，因此，金属的防护显得十分重要，金属的防护除了在金属表面覆盖保护层和改造成合金等金属和非金属防护方法，电化学方法的方法更为有效，电化学防护主要分为牺牲阳极保护法和外加电流的阴极保护法。

牺牲阳极保护法的原理是在形成原电池反应时，让被保护金属做正极，活泼金属做负极，如图4，就是牺牲阳极保护法的示意图。

外加电流的阴极保护法的原理是将被保护金属作为电解池的阴极，另一导电物质作为阳极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护，如图5，就是外加电流的阴极保护法示意图。

4 结语

电化学中的原电池原理是高中化学的重点之一，也和工业生产有着密切的关系，掌握原电池的理论，可以分析出金属腐蚀的根本原因，进而使用适当地方法防止金属腐蚀。

参考文献

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