鐵極化曲線測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握恒電位法測(cè)定電極極化曲線的原理掌握恒電位法測(cè)定電極極化曲線的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。通過(guò)測(cè)定和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。通過(guò)測(cè)定Fe在在H2SO4、HCl溶液中的陰極極化、陽(yáng)極極化曲線，溶液中的陰極極化、陽(yáng)極極化曲線，求算求算Fe的自腐蝕電位，自腐蝕電流和鈍的自腐蝕電位，自腐蝕電流和鈍化電勢(shì)、鈍化電流等參數(shù)?；妱?shì)、鈍化電流等參數(shù)。 了解了解Cl-離子，緩蝕劑等因素對(duì)鐵電極極離子，緩蝕劑等因素對(duì)鐵電極極化的影響?；挠绊?。 討論極化曲線在金屬腐蝕與防護(hù)中的應(yīng)討論極化曲線在金屬腐蝕與防護(hù)中的應(yīng)用。用。Icorr為Fe在H2SO4溶液中的自腐蝕電流 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理圖1 Fe的極化曲線金屬的電化學(xué)腐

2、蝕是金屬與介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生的金屬的電化學(xué)腐蝕是金屬與介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生的自溶解過(guò)程。例如自溶解過(guò)程。例如 Fe Fe2+2e (1) 2H+2e H2 (2)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理Fe將不斷被溶解，同時(shí)產(chǎn)生將不斷被溶解，同時(shí)產(chǎn)生H2。Fe電極和電極和H2電極及電極及H2SO4溶液構(gòu)成了腐蝕原電池，溶液構(gòu)成了腐蝕原電池，其腐蝕反應(yīng)為：其腐蝕反應(yīng)為：Fe+2H+ Fe2+H2 (3)這就是這就是Fe在酸性溶液中腐蝕的原因。在酸性溶液中腐蝕的原因。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 l 當(dāng)電極不與外電路接通時(shí)，其凈電流為零。即當(dāng)電極不與外電路接通時(shí)，其凈電流為零。即I Icorrcorr=I=IFeFe=-I=-IH H00。l

3、 圖圖1 1中中rara為陰極極化曲線。當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陰極為陰極極化曲線。當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陰極極化，即加比極化，即加比EcorrEcorr更負(fù)的電勢(shì)，反應(yīng)更負(fù)的電勢(shì)，反應(yīng)11被抑被抑制，反應(yīng)制，反應(yīng)22加速，電化學(xué)過(guò)程以加速，電化學(xué)過(guò)程以H H2 2析出為主，析出為主，這種效應(yīng)稱為這種效應(yīng)稱為“陰極保護(hù)陰極保護(hù)” .塔菲爾塔菲爾(Tafel)半對(duì)數(shù)關(guān)系，即：半對(duì)數(shù)關(guān)系，即：實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 l 圖圖1 1中中abab為陽(yáng)極極化曲線。當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陽(yáng)極為陽(yáng)極極化曲線。當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陽(yáng)極極化時(shí)，即加比極化時(shí)，即加比E Ecorrcorr更正的電勢(shì)，則反應(yīng)更正的電勢(shì)，則反應(yīng)22被抑制，反應(yīng)被抑制，反應(yīng)11加速

4、，電化學(xué)過(guò)程以加速，電化學(xué)過(guò)程以FeFe溶解溶解為主為主。符合。符合實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理圖2 Fe的鈍化曲線致鈍電位 Ip致鈍電流 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理l abc段是段是Fe的正常溶解，生成的正常溶解，生成Fe2+，稱為，稱為活化區(qū)。活化區(qū)。l cd段稱為活化鈍化過(guò)渡區(qū)。段稱為活化鈍化過(guò)渡區(qū)。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理l de段的電流稱為維鈍電流段的電流稱為維鈍電流 此段電極處于比較穩(wěn)此段電極處于比較穩(wěn)定的鈍化區(qū)定的鈍化區(qū), Fe2+離子與溶液中的離子形成離子與溶液中的離子形成FeSO4沉淀層，阻滯了陽(yáng)極反應(yīng)，由于沉淀層，阻滯了陽(yáng)極反應(yīng)，由于H+不易不易達(dá)到達(dá)到FeSO4層內(nèi)部，使層內(nèi)部，使Fe表面的表面的pH

5、增大，增大，F(xiàn)e2O3、Fe3O4開(kāi)始在開(kāi)始在Fe表面生成，形成了致表面生成，形成了致密的氧化膜，極大地阻滯了密的氧化膜，極大地阻滯了Fe的溶解，因而出的溶解，因而出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象?，F(xiàn)鈍化現(xiàn)象。 ef段稱為過(guò)鈍化區(qū)段稱為過(guò)鈍化區(qū) 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量方法測(cè)量方法 圖中圖中W表示研究電極、表示研究電極、C表示表示輔助電極、輔助電極、r表示參比電極。表示參比電極。參比電極和研究電極組成原參比電極和研究電極組成原電池，可確定研究電極的電電池，可確定研究電極的電位。輔助電極與研究電極組位。輔助電極與研究電極組成電解池，使研究電極處于成電解池，使研究電極處于極化狀態(tài)。極化狀態(tài)。圖3 恒電位法原理示意圖在實(shí)際

6、測(cè)量中，常采用的恒電勢(shì)法有下列兩種：在實(shí)際測(cè)量中，常采用的恒電勢(shì)法有下列兩種：l 靜態(tài)法：將電極電勢(shì)較長(zhǎng)時(shí)間地維持在某一靜態(tài)法：將電極電勢(shì)較長(zhǎng)時(shí)間地維持在某一恒定值，同時(shí)測(cè)量電流密度隨時(shí)間的變化，恒定值，同時(shí)測(cè)量電流密度隨時(shí)間的變化，直到電流基本上達(dá)到某一穩(wěn)定值。如此逐點(diǎn)直到電流基本上達(dá)到某一穩(wěn)定值。如此逐點(diǎn)地測(cè)量在各個(gè)電極電勢(shì)下的穩(wěn)定電流密度值，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。以獲得完整的極化曲線。測(cè)量方法測(cè)量方法l 動(dòng)態(tài)法：控制電極電勢(shì)以較慢的速度連續(xù)地動(dòng)態(tài)法：控制電極電勢(shì)以較慢的速度連續(xù)地改變（掃描），并測(cè)量對(duì)應(yīng)電勢(shì)下的瞬時(shí)電改變（掃描），并測(cè)量對(duì)應(yīng)電勢(shì)下的

7、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)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。所采用的掃描速作圖就得到整個(gè)極化曲線。所采用的掃描速度（即電勢(shì)變化的速度）需要根據(jù)研究體系度（即電勢(shì)變化的速度）需要根據(jù)研究體系的性質(zhì)選定。的性質(zhì)選定。測(cè)量方法測(cè)量方法l 動(dòng)態(tài)法：一般說(shuō)來(lái)，電極表面建立穩(wěn)態(tài)的速動(dòng)態(tài)法：一般說(shuō)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，這樣才能使測(cè)得度越慢，則掃描也應(yīng)越慢，這樣才能使測(cè)得的極化曲線與采用靜態(tài)法測(cè)得的結(jié)果接近。的極化曲線與采用靜態(tài)法測(cè)得的結(jié)果接近。測(cè)量方法測(cè)量方法 CHI660A電化學(xué)工作站電化學(xué)工作站1臺(tái)；電解池臺(tái)；電解池1個(gè)；個(gè)； 硫酸

8、亞汞電極（參比電極）、硫酸亞汞電極（參比電極）、Fe電極（研究電極（研究電極）、電極）、Pt片電極（輔助電極）各片電極（輔助電極）各1支。支。 0.1molL-1、1molL-1H2SO4溶液；溶液； 1molL-1HCl溶液；溶液； 烏洛托品（緩蝕劑）烏洛托品（緩蝕劑）儀器與藥品儀器與藥品 l 1. 電極處理：用金相砂紙將鐵電極表面打磨電極處理：用金相砂紙將鐵電極表面打磨平整光亮，用蒸餾水清洗后濾紙吸干。每次測(cè)平整光亮，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)果影響很大。量結(jié)果影響很大。l 2.測(cè)量極化曲線：測(cè)量極化曲

9、線： （1）打開(kāi)）打開(kāi)CHI660A工作站的窗口。工作站的窗口。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟l 2.測(cè)量極化曲線：測(cè)量極化曲線： （2）將三電極分別插入電極夾的三個(gè)小孔中，）將三電極分別插入電極夾的三個(gè)小孔中，使電極進(jìn)入電解質(zhì)溶液中。將使電極進(jìn)入電解質(zhì)溶液中。將CHI工工 作站的作站的綠色夾頭夾綠色夾頭夾Fe電極，紅色夾頭夾電極，紅色夾頭夾Pt片電極，片電極，白色夾頭夾參比電極。白色夾頭夾參比電極。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟l 2.測(cè)量極化曲線：測(cè)量極化曲線： （3）測(cè)定開(kāi)路電位。點(diǎn)擊）測(cè)定開(kāi)路電位。點(diǎn)擊“T”（Technique）選中對(duì)話框中選中對(duì)話框中“Open Circuit Potential-Time”實(shí)

10、驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊。點(diǎn)擊“”（parameters）選擇參數(shù)，可用儀器默認(rèn)）選擇參數(shù)，可用儀器默認(rèn)值，點(diǎn)擊值，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊。點(diǎn)擊“ ”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，測(cè)得開(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)的開(kāi)路電位即為電極的自腐蝕電勢(shì)Ecorr。 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟o 2.測(cè)量極化曲線：測(cè)量極化曲線：（4）開(kāi)路電位穩(wěn)定后，測(cè)電極極化曲線。點(diǎn)）開(kāi)路電位穩(wěn)定后，測(cè)電極極化曲線。點(diǎn)擊擊“T”選中對(duì)話框中選中對(duì)話框中“Linear Sweep Voltammetry”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”為為使使Fe電極的陰極極化、陽(yáng)極極化、鈍化、過(guò)電極的陰極極化、陽(yáng)極極化、鈍化、過(guò)鈍化全

11、部表示出來(lái)。鈍化全部表示出來(lái)。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 初始電位（初始電位（Init E）設(shè)為）設(shè)為“-1.0V”，終態(tài)電，終態(tài)電位（位（Final E）設(shè)為）設(shè)為“2.0V”，掃描速率，掃描速率（Scan Rate）設(shè)為）設(shè)為“0.01V/s”靈敏度靈敏度（sensivitivty）設(shè)為）設(shè)為“自動(dòng)自動(dòng)”，其它可用，其它可用儀器默認(rèn)值，極化曲線自動(dòng)畫(huà)出。儀器默認(rèn)值，極化曲線自動(dòng)畫(huà)出。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟l 3按按1、2步驟分別測(cè)定步驟分別測(cè)定Fe電極在電極在0.1 molL-1和和1molL-1H2SO4溶液，溶液，1.0 molL-1 HCl溶液及含溶液及含1%烏洛托品的烏洛托品的1.0 molL-1

12、 HCl溶液中的極化曲線。溶液中的極化曲線。l 4. 實(shí)驗(yàn)完畢，清洗電極、電解池，將儀實(shí)驗(yàn)完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復(fù)原位，桌面擦拭干凈。器恢復(fù)原位，桌面擦拭干凈。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 （1）分別求出）分別求出Fe電極在不同濃度的電極在不同濃度的H2SO4溶溶液中的自腐蝕電流密度、自腐蝕電位、鈍化液中的自腐蝕電流密度、自腐蝕電位、鈍化電流密度及鈍化電位范圍，分析電流密度及鈍化電位范圍，分析H2SO4濃度濃度對(duì)對(duì)Fe鈍化的影響。鈍化的影響。 （2）分別計(jì)算）分別計(jì)算Fe在在HCl及含緩蝕劑的及含緩蝕劑的HCl介介質(zhì)中的自腐蝕電流密度及按下式換算成腐蝕質(zhì)中的自腐蝕電流密度及按下式換算成腐蝕速率（

13、速率（）。）。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理3600Mi/nF 其中：其中：腐蝕速度（腐蝕速度（gm-2h-1）；）；i鈍化電流密度（鈍化電流密度（Am-2）；）；MFe的摩爾的摩爾質(zhì)量（質(zhì)量（gmol-1）；）；F法拉第常數(shù)法拉第常數(shù)（Cmol-1）；）；n發(fā)生發(fā)生1mol電極反應(yīng)得電極反應(yīng)得失電子的物質(zhì)的量。失電子的物質(zhì)的量。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理o 測(cè)定前仔細(xì)了解儀器的使用方法。測(cè)定前仔細(xì)了解儀器的使用方法。o 電極表面一定要處理平整、光亮、干凈，不能電極表面一定要處理平整、光亮、干凈，不能有點(diǎn)蝕孔。有點(diǎn)蝕孔。注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)（1）平衡電極電位、自腐蝕電位有何不同。）平衡電極電位、自腐蝕電位有何不同。（2）分析）分析H2