碳鋼在碳酸銨溶液中的極化曲線

1、碳鋼在碳酸銨溶液中的極化曲線【目的要求】1. 掌握準穩(wěn)態(tài)恒電位法測定金屬極化曲線的基本原理和測試方法。2. 了解極化曲線的意義和應用。3. 掌握恒電位儀的使用方法。【實驗原理】1. 極化現(xiàn)象與極化曲線為了探索電極過程機理及影響電極過程的各種因素，必須對電極過程進行研究，其中極化曲線的測定是重要方法之一。我們知道在研究可逆電池的電動勢和電池反應時，電極上幾乎沒有電流通過，每個電極反應都是在接近于平衡狀態(tài)下進行的，因此電極反應是可逆的。但當有電流明顯地通過電池時，電極的平衡狀態(tài)被破壞，電極電勢偏離平衡值，電極反應處于不可逆狀態(tài)，而且隨著電極上電流密度的增加，電極反應的不可逆程度也隨之增大。由于電流

2、通過電極而圖 2- 19-1 極化曲線導致電極電勢偏離平衡值的現(xiàn)象稱為電極的極化,描述電流A-B : 活性溶解區(qū)； B : 臨界鈍化點； B-C : 過渡鈍化區(qū) ;密度與電極電勢之間關系的曲線稱作極化曲線，如圖 2-19-C-D : 穩(wěn)定鈍化區(qū)； D-E : 超 （ 過 ） 鈍化區(qū)1 所示。金屬的陽極過程是指金屬作為陽極時在一定的外電勢下發(fā)生的陽極溶解過程，如 下式 所示：n+M T M + ne此過程只有在電極電勢正于其熱力學平衡電勢時才能發(fā)生。陽極的溶解速度隨電位變正而逐漸增大，這是正常的陽極溶出，但當陽極電勢正到某一數(shù)值時，其溶解速度達到最大值 ,此后陽極溶解速度隨電勢變正反而大幅度降低

3、，這種現(xiàn)象稱為金屬的鈍化現(xiàn)象。圖2-19-1中曲線表明，從 A 點開始，隨著電位向正方向移動，電流密度也隨之增加，電勢超過B 點后，電流密度隨電勢增加迅速減至最小，這是因為在金屬表面生產(chǎn)了一層電阻高，耐腐蝕的鈍化膜。 B 點對應的電勢稱為臨界鈍化電勢，對應的電流稱為臨界鈍化電流。電勢到達C點以后，隨著電勢的繼續(xù)增加，電流卻保持在一個基本不變的很小的數(shù)值上，該電流稱為維鈍電流，直到電勢升到D 點，電流才又隨著電勢的上升而增大，表示陽極又發(fā)生了氧化過程，可能是高價金屬離子產(chǎn)生，也可能是水分子放電析出氧氣，DE 段稱為過鈍化區(qū)。2. 極化曲線的測定（1）恒電位法恒電位法就是將研究電極的電極電勢依次恒

4、定在不同的數(shù)值上，然后測量對應于各電位下的電流。極化曲線的測量應盡可能接近體系穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)體系指被研究體系的極化電流、電極電勢、電極表面狀態(tài)等基本上不隨時間而改變。在實際測量中，常用的控制電位測量方法有以下兩種：階躍法 將電極電勢恒定在某一數(shù)值，測定相應的穩(wěn)定電流值，如此逐點地測量一系列各個電極電勢下的穩(wěn)定電流值，以獲得完整的極化曲線。對某些體系，達到穩(wěn)態(tài)可能需要很長時間，為節(jié)省時間，提高測量重現(xiàn)性，往往人們自行規(guī)定每次電勢恒定的時間。慢掃描法 控制電極電勢以較慢的速度連續(xù)地改變（掃描），并測量對應電勢下的瞬時電流值，以瞬時電流與對應的電極電勢作圖，獲得整個的極化曲線。一般來說，電極表面建立穩(wěn)態(tài)

5、的速度愈慢，則電位掃描速度也應愈慢。因此對不同的電極體系，掃描速度也不相同。為測得穩(wěn)態(tài)極化曲線， 人們通常依次減小掃描速度測定若干條極化曲線，當測至極化曲線不再明顯變化時，可確定此掃描速度下測得的極化曲線即為穩(wěn)態(tài)極化曲線。同樣，為節(jié)省時間，對于那些只是為了比較不同因素對電極過程影響的極化曲線，則選取適當?shù)膾呙杷俣壤L制準穩(wěn)態(tài)極化曲線就可以了。上述兩種方法都已經(jīng)獲得了廣泛應用，尤其是慢掃描法，由于可以自動測繪，掃描速度可控制一定，因而測量結果重現(xiàn)性好，特別適用于對比實驗。(2) 恒電流法恒電流法就是控制研究電極上的電流密度依次恒定在不同的數(shù)值下，同時測定相應的穩(wěn)定電極電勢值。采用恒電流法測定極化曲

6、線時，由于種種原因，給定電流后，電極電勢往往不能立即達到穩(wěn)態(tài)，不同的體系，電勢趨于穩(wěn)態(tài)所需要的時間也不相同，因此在實際測量時一般電勢接近穩(wěn)定 ( 如 1? 3min 內無大的變化 )即可讀值，或人為自行規(guī)定每次電流恒定的時間。【儀器試劑】電化學綜合測試系統(tǒng)1 套( 或恒電位儀1 臺；數(shù)字電壓表 1只；毫安表 1 只) ；電磁攪拌器 1 臺；飽和甘汞電 極 1 支；碳鋼電極 2 支 (研究電極、輔助電極各 1 支 )；三室 電解槽 1 只(見圖 2-19-2) ; 氮氣鋼瓶 1 個。33(NH 4 ) 2CO 3( 2 mol ?dm - ) ； H2 SO4( 0.5 mol ?dm -)；-

7、3-3-3H2SO 4( 0.5mol ? dm ) + KCl (5.0 x 10 mol ? dm ) ； H2SO 4-3-3(0.5 mol ?dm ) + KCl(0.1 mol?dm ) ?！緦嶒灢襟E】碳鋼在碳酸銨溶液中的極化曲線圖 2-19-2 三室電解槽1.碳鋼預處理用金相砂紙將碳鋼研究電極打磨至1- 研究電極 ； 2- 參比電極 ； 3- 輔助電極鏡面光亮，在丙酮中除油后，留出1cm 2 面積，用石蠟涂封其余部分。以另一碳鋼電極為陽極，處理后的碳鋼電極為陰極，在 0.5 mol ? dm -3 H2SO 4 溶液中控制電流密度為5mA ? cm -2, 電解 10min ，去

8、除電極上的氧化膜，然后用蒸餾水洗凈備用。2. 電解線路連接 將 2mol ? dm -3 (NH 4) 2CO 3 溶液倒入電解池中， 按照圖 2-19-2 中所示安裝好電極并與相應恒電位儀上的接線柱相接，將電流表串聯(lián)在電流回路中。通電前在溶液中通入 N2 5? 10min ，以除去電解液中的氧。為保證除氧效果可打開電磁攪拌器。3. 恒電位法測定陽極和陰極極化曲線階躍法開啟恒電位儀，先測“參比”對“研究”的自腐電位( 電壓表示數(shù)應該在0.8V 以上方為合格，否則需要重新處理研究電極) ，然后調節(jié)恒電位儀從+1.2V 開始，每次改變0.02V ,逐點調節(jié)電位值，同時記錄其相應的電流值，直到電位達

9、到-1.0V 為止。慢掃描法(1) 測試儀器以 LK98-II 為例。(2) 將測試體系的研究電極、輔助電極和參比電極分別和儀器上對應的接線柱相連(3) 在 windows98 操作平臺下運行“ LK98BII ”，進入主控菜單；打開主機電源開關，按下主機前面板的“ RESET ”鍵，主控菜單顯示“系統(tǒng)自檢通過”。否則應重新檢查各連接線。(4) 選擇儀器所提供的方法中的“線性掃描伏安法” ?！皡?shù)設定”中，“初始電位”設為 1.2V , “終止電位”設為 1.0V , “掃描速度”設為 10mV/s , “等待時間”設為 120s 。選 擇“控制”子菜單中的“開始實驗”，記錄并保存實驗結果。(5)依次降低掃描速度至所得曲線不再明顯變化。保存該曲線為實驗測定的穩(wěn)態(tài)極化曲線。4. 恒電流法測定陽極極化曲線采用階躍法。恒定電流值從 OmA 開始，每次變化 0.5mA ，并測量相應的電極電勢值， 直到所測電極電勢突變后，再測定數(shù)個點為止。【注意事項】1. 按照實驗要求，嚴格進行電極處理。2. 將研究電極置于電解槽時，要注意與魯金毛細管之間的距離每次應保持一致。研究電極與3. 魯金毛細管應盡量靠近，但管口離電極表面的距離不能小于毛細