王明哲

摘 要：電化學(xué)問(wèn)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(shí)溶液pH值的變化等等，在高考中一般都較為熱門(mén)，其中原電池的工作原理和電化學(xué)腐蝕與防護(hù)相關(guān)題目分值比較高，是高中化學(xué)中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。原電池相關(guān)的題目具有較強(qiáng)的靈活性，正確判斷電極的正負(fù)性對(duì)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(jì)損失，金屬的電化學(xué)腐蝕是主要的原因，而原電池理論對(duì)于我們理解電化學(xué)腐蝕有著十分重要的作用，進(jìn)而采用合適的方法進(jìn)行電化學(xué)防護(hù)。

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

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0255-02

電化學(xué)的題目是高中物化學(xué)中的重點(diǎn)也是一大難點(diǎn)，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(jiàn)，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(shí)，應(yīng)該首先掌握原電池理論，從而對(duì)整個(gè)題目進(jìn)行分析，同時(shí)，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(jìn)行防護(hù)。

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(lái)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(lái)看，是通過(guò)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(jiàn)的原電池。

1.2 原電池的組成結(jié)構(gòu)

原電池由兩個(gè)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(shí)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(fù)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(jìn)入的極，發(fā)生還原反應(yīng)，而鋅極是負(fù)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(shū)寫(xiě)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(fù)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(fù)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(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是正極；根據(jù)化合價(jià)的升降，化合價(jià)升高的是負(fù)極，化合價(jià)降低的是正極。判斷原電池的正負(fù)極之后，即可列出正負(fù)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(gè)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(shí)插入稀H2SO4和濃HNO3中，寫(xiě)出兩池的電極反應(yīng)。

解析：本題考查的是電極方程式的寫(xiě)法，第一步判斷原電池兩極的正負(fù)性，本題我們根據(jù)金屬的活潑性，鋁的活潑性較強(qiáng)，作為原電池的負(fù)極，銅作為正極。第二步，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理，負(fù)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(gè)方程式配平，顯然兩個(gè)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(gè)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(fù)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(yáng)極溶解持續(xù)進(jìn)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(jiàn)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(fù)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(hù)

金屬腐蝕對(duì)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(hù)顯得十分重要，金屬的防護(hù)除了在金屬表面覆蓋保護(hù)層和改造成合金等金屬和非金屬防護(hù)方法，電化學(xué)方法的方法更為有效，電化學(xué)防護(hù)主要分為犧牲陽(yáng)極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法。

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

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

4 結(jié)語(yǔ)

電化學(xué)中的原電池原理是高中化學(xué)的重點(diǎn)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(jìn)而使用適當(dāng)?shù)胤椒ǚ乐菇饘俑g。

參考文獻(xiàn)

[1]吳涵.從中學(xué)化學(xué)角度探討原電池與電化學(xué)腐蝕[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018，（4）：55-56.

[2]姜麗莉，何彩霞.從技術(shù)角度深化對(duì)原電池的認(rèn)識(shí)——以高中化學(xué)選修4“化學(xué)電源”為例[J].教育與裝備研究，2017，（9）：26-30.

[3]龔秋紋，羅雪容.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的有關(guān)電化學(xué)問(wèn)題：談原電池，電化學(xué)腐蝕[J].化學(xué)教育，2000，21（6）：35-37.