實驗 線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為

1、實驗八十實驗八十 線性電位掃描法測定鎳在硫酸線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為溶液中的鈍化行為主講教師：劉文萍吉首大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中心實驗八十 線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為1、什么是極化？什么是極化曲線？陽極極化電極電勢如何變化？陰極極化電極電勢又如何變化？2、什么是金屬的鈍化？3、金屬為什么會由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化狀態(tài)？4、影響金屬鈍化過程的因素有哪些？5、陽極極化曲線為什么要用恒電位法而不能用恒電流法？6、在恒電位法測定極化曲線時，何謂靜態(tài)法？何謂動態(tài)法？7、在陽極極化曲線測量線路中，參比電極和輔助電極各起什么作用？8、如何測定鎳在硫酸溶液中的陽極極化曲線？預(yù)習(xí)提問（1

2、）了解金屬鈍化行為的原理和測量方法；（2）掌握用線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的陽極極化曲線和鈍化行為；（3）測定c1-濃度對ni鈍化的影響。一、實驗?zāi)康亩?、實驗原? 1、金屬的鈍化、金屬的鈍化金屬處于陽極過程時會發(fā)生電化學(xué)溶解，其反應(yīng)式為： m mn+ + ne- 在金屬的陽極溶解過程中，其電極電勢必須大于其熱力學(xué)電勢，電極過程才能發(fā)生。這種電極電勢偏離其熱力學(xué)電勢的行為稱為極化。當陽極極化不大時，陽極過程的速率(即溶解電流密度)隨著電勢變正而逐漸增大，這是金屬的正常溶解。但當電極電勢正到某一數(shù)值時，其溶解速率達到最大，而后，陽極溶解速率隨著電勢變正，反而大幅度降低，這種現(xiàn)象稱為金屬的鈍

3、化。金屬鈍化一般可分為：化學(xué)鈍化和電化學(xué)鈍化。 二、實驗原理1、金屬的鈍化 金屬之所以由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化狀態(tài)，目前對此問題有著不同看法:（1）氧化膜理論:在鈍化狀態(tài)下，溶解速度的劇烈下降，是由于在金屬表面上形成了具有保護性的致密氧化物膜的緣故。（2）吸附理論:這是由于表面吸附了氧，形成氧吸附層或含氧化物吸附層，因而抑制了腐蝕的進行。（3）連續(xù)模型理論:開始是氧的吸附，隨后金屬從基底遷移至氧吸附膜中，然后發(fā)展為無定形的金屬-氧基結(jié)構(gòu)。 各種金屬在不同介質(zhì)或相同介質(zhì)中的鈍化原因不盡相同，因此很難簡單地用單一理論予以概括。二、實驗原理2、影響金屬鈍化過程的幾個因素（1）溶液的組成 溶液中存在的h+

4、、鹵素離子以及某些具有氧化性的陰離子對金屬鈍化現(xiàn)象起著顯著的影響。在中性溶液中，金屬一般是比較容易鈍化的；而在酸性或某些堿性溶液中要困難得多。 （2）金屬的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 各種純金屬的鈍化能力均不相同，以fe、ni、cr種金屬為例，易鈍化的順序crnife。 （3）外界因素 當溫度升高或加劇攪拌，都可以推遲或防止鈍化過程的發(fā)生。這顯然是與離子的擴散有關(guān)。在進行測量前，對研究電極活化處理的方式及其程度也將影響金屬的鈍化過程。二、實驗原理二、實驗原理3、研究金屬鈍化的方法、研究金屬鈍化的方法 電化學(xué)研究金屬鈍化通常有兩種方法：恒電流法和恒電勢法。由于恒電勢法能測得完整的陽極極化曲線，因此，在金屬鈍

5、化研究中比恒電流法更能反映電極的實際過程。用恒電勢法測量金屬鈍化可有下列兩種方法。（1）靜態(tài)法 將研究電極的電勢恒定在某一數(shù)值，同時測量相應(yīng)極化狀況下達到穩(wěn)定后的電流。 （2）動態(tài)法 將研究電極的電勢隨時間線性連續(xù)地變化，同時記錄隨電勢改變而變化的瞬時電流，就可得完整的極化曲線圖。 雖然靜態(tài)法的測量結(jié)果較接近靜態(tài)值，但測量時間太長，所以，在實際工作中常采用動態(tài)法來測量。本實驗亦采用動態(tài)法。 二、實驗原理二、實驗原理4、金屬的鈍化曲線、金屬的鈍化曲線ic 一臨界鈍化電流一臨界鈍化電流ec 一臨界鈍化電位一臨界鈍化電位ip 一穩(wěn)定鈍化電流一穩(wěn)定鈍化電流ab一活性溶解區(qū)一活性溶解區(qū)bc一過渡鈍化區(qū)一

6、過渡鈍化區(qū)cd一穩(wěn)定鈍化區(qū)一穩(wěn)定鈍化區(qū)de一過鈍化區(qū)一過鈍化區(qū)三、儀器與試劑三、儀器與試劑 （1）儀器儀器 （2）試劑）試劑chi電化學(xué)分析儀(包括計算機) 1臺研究電極(直徑為0.5cm的ni圓盤電極) 1支飽和甘汞電極（0.1moll-l h2so4作鹽橋) 1支輔助電極 (pt絲電極) 1支三電極電解池 1個金相砂紙(02和06 )0.1 moll-lh2so4溶液，1moll-l kcl溶液，蒸餾水。四、實驗步驟 本實驗用線性電勢掃描本實驗用線性電勢掃描法分別測量法分別測量ni在在0.1 moll-l h2so4、0.1 moll-l h2so4+0.01 moll-l kcl、0.1

7、 moll-l h2so4+0.04 moll-l kcl和和0.1 moll-l h2so4+0.1 moll-l kcl在溶在溶液中的陽極極化曲線。液中的陽極極化曲線。探討氯離子濃度、溶液ph值，掃描速率對ni電極鈍化的影響。實驗完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復(fù)原位，桌面擦干凈。影響因素影響因素電解質(zhì)溶液組成電解質(zhì)溶液組成掃描速度掃描速度1、重現(xiàn)性、重現(xiàn)性(3次）次）0.1 moll-l h2so4 30ml0.01v/s2、溫度、溫度400.1 moll-l h2so4 30ml0.01v/s3、掃描速度、掃描速度0.1 moll-l h2so4 30ml0.1v/s0.1 moll-

8、l h2so4 30ml1.0v/s4、酸的濃度、酸的濃度0.1 moll-l h2so4 30ml1 moll-l h2so4 5ml0.01v/s0.1 moll-l h2so4 30ml1 moll-l h2so4 10ml0.01v/s5、cl-濃度濃度0.1 moll-l h2so4 30ml1moll-l kcl 0.1ml0.01v/s0.1 moll-l h2so4 30ml1moll-l kcl 0.2ml0.01v/s0.1 moll-l h2so4 30ml1moll-l kcl 0.5ml0.01v/s測定不同條件下鎳的鈍化曲線，分析各因素對鎳鈍化的影響測定不同條件下鎳

9、的鈍化曲線，分析各因素對鎳鈍化的影響五、注意事項（1）每次測量前工作電極必須用金相砂紙打磨和清洗干凈。（2）本實驗中當kcl濃度0.02 moll-l時，鈍化電流會明顯增大，而穩(wěn)定鈍化區(qū)間(cd段)會減小，此時的過鈍化電流(de段)也會明顯增大，為了防止損傷工作電極，一旦當de段的電流達到3-4ma時應(yīng)及時停止實驗，此時只需點擊工具欄中的停止鍵“”即可。（3）在電化學(xué)測量實驗中，常用電流密度代替電流，因為電流密度的大小就是電極反應(yīng)的速率。同時實驗圖中電位軸上應(yīng)標明是相對于何種參比電極。六、數(shù)據(jù)記錄和處理室溫:_氣壓：_ 分別在極化曲線圖上找出e鈍、i鈍及鈍化區(qū)間，并將數(shù)據(jù)記錄到表中。溶液溶液組

10、成組成開路開路電位電位（v）初始初始電位電位（v）鈍化電鈍化電位位e鈍鈍 / v鈍化電鈍化電流流i鈍鈍 / ma鈍化穩(wěn)定鈍化穩(wěn)定區(qū)間（區(qū)間（cd）鈍化穩(wěn)定區(qū)鈍化穩(wěn)定區(qū)電流電流i鈍鈍 / ma 比較不同條件下的鈍化曲線，并討論所得實驗結(jié)果及曲線的意義。七、思考題七、思考題（1）在測量前，為什么電極在進行打磨后，還需進陰極極化處理?（2）如果掃描速率改變，測得的e鈍和i鈍有無變化?為什么?（3）當溶液ph發(fā)生改變時，ni電極的鈍化行為有無變化?（4）在陽極極化曲線測量線路中，參比電極和輔助電極各起什么作用？（1）陽極上由于極化使電極電勢變大， 陰極上由于極化使電極電勢變小。（2）對電解池，電解時電流密度愈大，分解電壓愈大，消耗的能量也愈多；對原電池，放電時電流密度愈大，原電池的電動勢愈小，所能做的電功也愈小。（3）電流密度為零時，無論是電解池還是原電池，其兩極的電極電勢差與可逆電池