千里之行，始于足下。第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦湖南大學(xué)材料化學(xué)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告匯總實(shí)驗(yàn)一線性極化法測(cè)定金屬Fe在稀H2SO4中的腐蝕速度

一、基本要求

1.掌握動(dòng)電位掃描法測(cè)定電極極化曲線的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。經(jīng)過(guò)測(cè)定Fe在

0.1M硫酸溶液中的極化曲線，求算Fe的自腐蝕電位，自腐蝕電流。2.討論極化曲線在金屬腐蝕與防護(hù)中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)金屬浸于腐蝕介質(zhì)時(shí)，假如金屬的平衡電極電位低于介質(zhì)中去極化劑（如H+或氧分子）的平衡電極電位，則金屬和介質(zhì)構(gòu)成一具腐蝕體系，稱為共軛體系。此刻，金屬發(fā)生陽(yáng)極溶解，去極化劑發(fā)生還原。以金屬鐵在鹽酸體系中為例：陽(yáng)極反應(yīng)：Fe-2e=Fe2+陰極反應(yīng)：H++2e=H2

陽(yáng)極反應(yīng)的電流密度以ia表示，陰極反應(yīng)的速度以ik表示，當(dāng)體系達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，即金屬處于自腐蝕狀態(tài)時(shí)，ia=ik=icorr（icorr為腐蝕電流），體系不可能有凈的電流積存，體系處于一穩(wěn)定電位c?。依照法拉第定律，體系經(jīng)過(guò)的電流和電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量存在嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可陰陽(yáng)極反應(yīng)的電流密度代表陰陽(yáng)極反應(yīng)的腐蝕速度。金屬自腐蝕狀態(tài)的腐蝕電流密度即代表了金屬的腐蝕速度。所以求得金屬腐蝕電流即代表了金屬的腐蝕速度。金屬處于自腐蝕狀態(tài)時(shí)，外測(cè)電流為零。

極化電位與極化電流或極化電流密度之間的關(guān)系曲線稱為極化曲線。極化曲線在金屬腐蝕研究中有重要的意義。測(cè)量腐蝕體系的陰陽(yáng)極極化曲線能夠揭示腐蝕的操縱因素及緩蝕劑的作用機(jī)理。在腐蝕點(diǎn)位附近積弱極化區(qū)的進(jìn)行集會(huì)測(cè)量能夠能夠快速求得腐蝕速度。還能夠經(jīng)過(guò)極化曲線的測(cè)量獲得陰極愛(ài)護(hù)和陽(yáng)極愛(ài)護(hù)的要緊參數(shù)。

在活化極化操縱下，金屬腐蝕速度的普通方程式為：

其中I為外測(cè)電流密度，ia為金屬陽(yáng)極溶解的速度，ik為去極化劑還原的速度，βa、βk分不為金屬陽(yáng)極溶解的自然對(duì)數(shù)塔菲爾歪率和去極化劑還原的自然對(duì)數(shù)

)]exp()[exp(

k

caccorrkaiiiIβ?

?β??=-=

塔菲爾歪率。若以十為底的對(duì)數(shù)，則表示為ba、bk。

這算是腐蝕金屬電極的極化曲線方程式，令?E稱為腐蝕金屬電極的極化值，?E＝0時(shí)，I＝0；?E>0時(shí)，是陽(yáng)極極化，I>0,體系經(jīng)過(guò)陽(yáng)極電流。?E<0時(shí)，I<0，體系通過(guò)的是陰極電流，此時(shí)是對(duì)腐蝕金屬電極進(jìn)行陰極極化。因此外測(cè)電流密度也稱為極化電流密度

測(cè)定腐蝕速度的塔菲爾直線外推法當(dāng)對(duì)電極舉行陽(yáng)極極化，在強(qiáng)極化區(qū)，陰極分支電流ik=0,

改寫(xiě)為對(duì)數(shù)形式：

當(dāng)對(duì)電極舉行陰極極化，?E<0,在強(qiáng)極化區(qū)，陽(yáng)極分支電流ia=0

改寫(xiě)成對(duì)數(shù)形式:

強(qiáng)極化區(qū)，極化值與外測(cè)電流滿腳塔菲爾關(guān)系式，假如將極化曲線上的塔菲爾區(qū)外推到腐蝕電位處，得到的交點(diǎn)坐標(biāo)算是腐蝕電流。

c

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kcorr

kiIbiIElg

ln

==?-β

圖1塔菲爾外推法求金屬腐蝕電流的基本原理

三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

CHI660C電化學(xué)工作站1臺(tái)；

燒杯一具；

汞/硫酸亞汞（參比電極）1支

Pt片電極（輔助電極）1支。

45號(hào)鋼（圓柱體）電極

0.1MH

2SO

4

溶液

蒸餾水，金相砂紙

圖2極化曲線測(cè)量示意圖

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.電極處理：用金相砂紙將45號(hào)鋼電極表面打磨平坦光亮，測(cè)量試樣的直徑，計(jì)算工作面的面積。

2.將打磨光亮的電極用蒸餾水清洗、酒精去油。

3.測(cè)量極化曲線：

（1）打開(kāi)CHI660C工作站的窗口。

（2）將三電極分不插入電極夾的三個(gè)小孔中，使電極進(jìn)入電解質(zhì)溶液中。將CHI工作站的綠XXX夾頭夾Fe電極，紅群夾頭夾Pt片電極，白XXX夾頭夾參比電極。（3）測(cè)定開(kāi)路電位。XXX“T”（Technique）選中對(duì)話框中“OpenCircuitPotential-Time”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，XXX“OK”。XXX“?”（parameters）挑選參數(shù)，可用儀器默認(rèn)值，XXX“OK”。XXX“?”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的開(kāi)路電位即為電極的自腐蝕電勢(shì)Ecorr。

（4）開(kāi)路電位穩(wěn)定后，測(cè)電極極化曲線。XXX“T”選中對(duì)話框中“Tafel”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，XXX“OK”初始電位（InitE）設(shè)為比Ecorr低“-0.5V”，終態(tài)電位（FinalE）設(shè)為比Ecorr高“1.25V”，掃描速率（ScanRate）設(shè)為“0.0025V/s”靈敏

輔助電極

極化電解池

工作電極

參比電極

參比電池

鹽橋

恒電位儀

度（sensivitivty）設(shè)為“自動(dòng)”，其它可用儀器默認(rèn)值，極化曲線自動(dòng)畫(huà)出。（5）自腐蝕電流的擬合，打開(kāi)CHI660C的操縱軟件，利用自帶的軟件求得自腐蝕電流密度。也可將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)考貝回去，用origin軟件作圖，用tafel外推法求的自腐蝕電流。將兩者互相比較。

4.實(shí)驗(yàn)完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復(fù)原位，桌面擦拭潔凈。五、注意事項(xiàng)

別能將電極線接錯(cuò)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

利用塔菲爾外推法求腐蝕電流。

從Fe在0.1M硫酸溶液中的極化曲線圖中能夠看出，F(xiàn)e的自腐蝕電位：vc96798.0-=?

因?yàn)?31.1lg-=ci，因此自腐蝕電流：Aic014757.0=七、考慮題

（1）平衡電極電位、自腐蝕電位有何別同。

答：平衡電極電位是指腐蝕電池開(kāi)路時(shí)未發(fā)生極化時(shí)的陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)的平衡電位；而自腐蝕電位腐蝕體系的混合電位，由并且發(fā)生的兩個(gè)電極過(guò)程共同決定，是別可逆的非平衡電位。

平衡電位別是自腐蝕電位。電極位于別用介質(zhì)中，會(huì)有一具電極電位，比如管道在土壤中通常電極電位為0.55-065V.CSE，這么給管道加上一具極化電位，

管道就不可能有腐蝕電流流出，這時(shí)的電位叫平衡電位。也算是腐蝕電流為零的電位算是平衡電位。

來(lái)代表金屬的腐蝕速度？

（2）為啥能夠用自腐蝕電流i

corr

答：金屬的腐蝕是金屬被氧化，能夠明白成鐵失去電子，算是被氧化的過(guò)程。依照法拉第定律，即在電解過(guò)程中，陰極上還原物質(zhì)析出的量與所經(jīng)過(guò)的電流強(qiáng)

越大，自腐蝕電位越負(fù)，講明腐蝕嚴(yán)峻，度和通電時(shí)刻成正比。自腐蝕電流I

corr

腐蝕速度越快，腐蝕電流密度越大。即金屬自腐蝕狀態(tài)的腐蝕電流密度即代表了金屬的腐蝕速度。故可陰陽(yáng)極反應(yīng)的電流密度代表陰陽(yáng)極反應(yīng)的腐蝕速度。

實(shí)驗(yàn)二鐵的鈍化曲線

一、基本要求

1.掌握有鈍化行為的金屬陽(yáng)極過(guò)程的極化曲線特征

2.求得Fe的自腐蝕電位，致鈍電位、鈍化電流密度、過(guò)鈍化電位等參數(shù)。

3.討論極化曲線在金屬腐蝕與防護(hù)中的應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)原理

鐵的鈍化曲線(圖1)：

圖1

abc段是Fe的正常溶解，生成Fe2+，稱為活化區(qū)。cd段稱為活化鈍化過(guò)渡區(qū)。de段的電流稱為維鈍電流，此段電極處于比較穩(wěn)定的鈍化區(qū),Fe2+離子與溶液中

的離子形成FeSO

4沉淀層，阻滯了陽(yáng)極反應(yīng)，由于H+別易達(dá)到FeSO

4

層內(nèi)部，使

Fe表面的pH增大，F(xiàn)e

2O

3

、Fe

3

O

4

開(kāi)始在Fe表面生成，形成了致密的氧化膜，極

大地阻滯了Fe的溶解，因而浮現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。ef段稱為過(guò)鈍化區(qū)。

測(cè)得鐵的鈍化曲線可采納恒電位法（靜態(tài)法）或動(dòng)電位掃描法（動(dòng)態(tài)法）。

靜態(tài)法：將電極電勢(shì)較長(zhǎng)時(shí)刻地維持在某一恒定值，并且測(cè)量電流密度隨時(shí)刻的變化，直到電流都是達(dá)到某一穩(wěn)定值。這樣逐點(diǎn)地測(cè)量在各個(gè)電極電勢(shì)下的穩(wěn)定電流密度值，以獲得完整的極化曲線的辦法。

動(dòng)態(tài)法：操縱電極電勢(shì)以較慢的速度延續(xù)地改變（掃描），并測(cè)量對(duì)應(yīng)電勢(shì)下的瞬時(shí)電流密度，并以瞬時(shí)電流密度值與對(duì)應(yīng)的電勢(shì)作圖就得到整個(gè)極化曲線。所采納的掃描速度（即電勢(shì)變化的速度）需要依照研究體系的性質(zhì)選定。普通講來(lái)，電極表面建立穩(wěn)態(tài)的速度越慢，則掃描也應(yīng)越慢，如此才干使測(cè)得的極化曲線與采納靜態(tài)法測(cè)得的結(jié)果接近。

三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

儀器CHI660C電化學(xué)工作站（上海辰華公司）1臺(tái)；電解池1個(gè)；硫酸亞汞電極（參比電極）、Fe電極（研究電極）、Pt片電極（輔助電極）各1支；

試劑1mol/LH

2SO

4

溶液

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、電極處理：用金相砂紙將鐵電極表面打磨平坦光亮，用蒸餾水清洗后濾紙吸干。每次測(cè)量前都需要重復(fù)此步驟，電極處理得好壞對(duì)測(cè)量結(jié)果妨礙非常大。

2、測(cè)量極化曲線：

（1）打開(kāi)電化學(xué)工作站的窗口；

（2）安裝電極，使電極進(jìn)入電解質(zhì)溶液中，將綠群夾頭夾Fe電極，紅群夾頭夾

Pt片電極，黃群夾頭夾參比電極；

（3）測(cè)定開(kāi)路電位。選中恒電位技術(shù)中的“開(kāi)路電位—時(shí)刻”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，雙擊挑選參數(shù)，可用儀器默認(rèn)值，XXX“確認(rèn)”。XXX“?”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的開(kāi)路電位即為電極的自腐蝕電勢(shì)Ecorr；

（4）開(kāi)路電位穩(wěn)定后，測(cè)電極極化曲線。選中“線性掃描技術(shù)”中的“塔菲爾曲線”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，雙擊。為使Fe電極的陰極極化、陽(yáng)極極化、鈍化、過(guò)鈍化全部表示出來(lái)，初始電位設(shè)為比Ecorr負(fù)500mV，終止電位設(shè)為“2.0V”，掃描速度設(shè)為“0.0025V/s”，靈敏度（sensivitivty）設(shè)為“自動(dòng)”。其它可用儀器默認(rèn)值，極化曲線自動(dòng)畫(huà)出。

3、實(shí)驗(yàn)完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復(fù)原位，桌面擦拭潔凈。

五、注意事項(xiàng)

1、測(cè)定前認(rèn)真了解儀器的使用辦法。

2、電極表面一定要處理平坦、光亮、潔凈，別能有些蝕孔。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

從極化曲線上求出Fe電極的自腐蝕電位、鈍化電流密度及鈍化電位范圍，對(duì)照

上一實(shí)驗(yàn)，分析H

2SO

4

濃度對(duì)Fe鈍化的妨礙。

利用origin軟件舉行數(shù)據(jù)處理，得到電位E與lgI之間的關(guān)系圖，即極化曲線如下：

C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是致鈍電位（橫坐標(biāo)：vEp020.0=）和致鈍電流（AIp351.0=)

D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是過(guò)鈍化電位（橫坐標(biāo)：v

Ep735.0=）這么，鈍化電位范圍算是0.020v—0.735v

七、考慮題

（1）分析H2SO4濃度對(duì)Fe鈍化在妨礙。

答：常溫下，硫酸濃度越大，對(duì)Fe的鈍化作用越明顯，而稀硫酸別能使鐵鈍化，因?yàn)闈饬蛩崾菑?qiáng)氧化性酸，能把鐵氧化成特別價(jià)態(tài)的四氧化三鐵（薄而致密），這種鐵的氧化物別溶于濃硫酸和濃硝酸。而稀硫酸沒(méi)有強(qiáng)氧化性，別能使金屬表面生成致密的氧化膜，只能與金屬發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。（2）Fe在鹽酸中能否鈍化，為啥?

答：別能。因?yàn)殍F經(jīng)強(qiáng)氧化劑如濃硫酸或濃硝酸處理后，由爽朗態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化態(tài)，由于鈍化后表面生成了致密的氧化膜，起愛(ài)護(hù)作用，別易被腐蝕，而鹽酸是還原性酸，其酸根具有強(qiáng)還原性，是濃度高的氯離子的還原性，其中的氫離子的氧化性沒(méi)有含氧酸根的氧化性強(qiáng)，別能使鐵鈍化。

（3）測(cè)定鈍化曲線為啥別采納恒電流法?

答：金屬鈍化指的是陽(yáng)極電勢(shì)超過(guò)一定值后發(fā)生的溶解速度迅速減小的現(xiàn)象，電勢(shì)變化給了電子別同的運(yùn)動(dòng)力。而恒電流法不過(guò)給了恒定數(shù)量的電荷，并別是給了別同的活躍度，沒(méi)法得到變化參數(shù)，因此別采納恒電流法。

實(shí)驗(yàn)三鐵XXX在玻碳電極上的氧化還原

一、基本要求

1.掌握用循環(huán)伏安法推斷電極反應(yīng)過(guò)程的可逆性

2.學(xué)會(huì)使用伏安極譜儀

3.學(xué)會(huì)測(cè)量峰電流和峰電位二、實(shí)驗(yàn)原理

循環(huán)伏安法是用途最廣泛的研究電活性物質(zhì)的電化學(xué)分析辦法，在電化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于它能在非常寬的電位范圍內(nèi)迅速觀看研究對(duì)象的氧化還原行為，所以電化學(xué)研究中常常首先舉行的是循環(huán)伏安行為研究。

循環(huán)伏安是在工作電極上施加一具線性變化的循環(huán)電壓，記錄工作電極上得到的電流與施加電壓的關(guān)系曲線，對(duì)溶液中的電活性物質(zhì)舉行分析。由于施加的電壓為三角波，這種辦法也稱為三角波線性掃描極譜法。

典型的循環(huán)伏安圖如圖所示：

U

t

+-

+

+-+

+-

+

三角波

挑選施加在a點(diǎn)的起始電位E

i

，然后沿負(fù)的電位即正向掃描，當(dāng)電位負(fù)到能

夠?qū)x還原時(shí)，在工作電極上發(fā)生還原反應(yīng)：Ox+Ze=Red，陰極電流迅速增加（b-d），電流在d點(diǎn)達(dá)到最高峰，此后由于電極附近溶液中的Ox轉(zhuǎn)變?yōu)镽ed而耗盡，電流迅速衰減（d-e）；在f點(diǎn)電壓沿正的方向掃描，當(dāng)電位正到可以將Red氧化時(shí)，在工作電極表面聚攏的Red將發(fā)生氧化反應(yīng)：Red=Ox+Ze，陽(yáng)極電流迅速增加（i-j），電流在j點(diǎn)