湖南大學(xué)材料化學(xué)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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)。通過(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。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)，如果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)成一個(gè)腐蝕體系，稱為共軛體系。此時(shí)，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），體系不會(huì)有凈的電流積累，體系處于一穩(wěn)定電位。根據(jù)法拉第定律，體系通過(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。因此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)極極化曲線可以揭示腐蝕的控制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)的舉行集會(huì)測(cè)量可以可以快速求得腐蝕速度。還可以通過(guò)極化曲線的測(cè)量獲得陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)的主要參數(shù)。在活化極化控制下，金屬腐蝕速度的一般方程式為：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分別為金屬陽(yáng)極溶解的自然對(duì)數(shù)塔菲爾斜率和去極化劑還原的自然對(duì)數(shù)塔菲爾斜率。若以十為底的對(duì)數(shù)，則表示為ba、bk。這就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,體系通過(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)電極進(jìn)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)電極進(jìn)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)電流滿足塔菲爾關(guān)系式，如果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)就是腐蝕電流。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)；燒杯一個(gè)；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0.1MH2SO4溶液蒸餾水，金相砂紙輔助電極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)鋼電極表面打磨平整光亮，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CHI工作站的綠色夾頭夾Fe電極，紅色夾頭夾Pt片電極，白色夾頭夾參比電極。（3）測(cè)定開(kāi)路電位。點(diǎn)擊“T”（Technique）選中對(duì)話框中“OpenCircuitPotential-Time”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“?”（parameters）選擇參數(shù)，可用儀器默認(rèn)值，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“?”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。點(diǎn)擊“T”選中對(duì)話框中“Tafel”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“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的控制軟件，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，桌面擦拭干凈。五、注意事項(xiàng)不能將電極線接錯(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可以看出，F(xiàn)e的自腐蝕電位：因?yàn)椋宰愿g電流：七、思考題（1）平衡電極電位、自腐蝕電位有何不同。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，由同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)電極過(guò)程共同決定，是不可逆的非平衡電位。平衡電位不是自腐蝕電位。電極位于不用介質(zhì)中，會(huì)有一個(gè)電極電位，比如管道在土壤中通常電極電位為0.55-065V.CSE，那么給管道加上一個(gè)極化電位，管道就不會(huì)有腐蝕電流流出，這時(shí)的電位叫平衡電位。也就是腐蝕電流為零的電位就是平衡電位。（2）為什么可以用自腐蝕電流icorr來(lái)代表金屬的腐蝕速度？答：金屬的腐蝕是金屬被氧化，可以理解成鐵失去電子，就是被氧化的過(guò)程。根據(jù)法拉第定律，即在電解過(guò)程中，陰極上還原物質(zhì)析出的量與所通過(guò)的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比。自腐蝕電流Icorr越大，自腐蝕電位越負(fù)，說(shuō)明腐蝕嚴(yán)重，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圖1abc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FeSO4沉淀層，阻滯了陽(yáng)極反應(yīng)，由于H+不易達(dá)到FeSO4層內(nèi)部，使Fe表面的pH增大，F(xiàn)e2O3、Fe3O4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，因而出現(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用恒電位法（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)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，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，以獲得完整的極化曲線的方法。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。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)得的極化曲線與采用靜態(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/LH2SO4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)量結(jié)果影響很大。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，將綠色夾頭夾Fe電極，紅色夾頭夾Pt片電極，黃色夾頭夾參比電極；（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)間”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，雙擊選擇參數(shù)，可用儀器默認(rèn)值，點(diǎn)擊“確認(rèn)”。點(diǎn)擊“?”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，桌面擦拭干凈。五、注意事項(xiàng)1、測(cè)定前仔細(xì)了解儀器的使用方法。 2、電極表面一定要處理平整、光亮、干凈，不能有點(diǎn)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)比上一實(shí)驗(yàn)，分析H2SO4濃度對(duì)Fe鈍化的影響。利用origin軟件進(jìn)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)：）和致鈍電流（)D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是過(guò)鈍化電位（橫坐標(biāo)：）那么，鈍化電位范圍就是0.020v—0.735v七、思考題（1）分析H2SO4濃度對(duì)Fe鈍化在影響。答：常溫下，硫酸濃度越大，對(duì)Fe的鈍化作用越明顯，而稀硫酸不能使鐵鈍化，因?yàn)闈饬蛩崾菑?qiáng)氧化性酸，能把鐵氧化成特殊價(jià)態(tài)的四氧化三鐵（薄而致密），這種鐵的氧化物不溶于濃硫酸和濃硝酸。而稀硫酸沒(méi)有強(qiáng)氧化性，不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，為什么?答：不能。因?yàn)殍F經(jīng)強(qiáng)氧化劑如濃硫酸或濃硝酸處理后，由活潑態(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，起保護(hù)作用，不易被腐蝕，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)，不能使鐵鈍化。（3）測(cè)定鈍化曲線為什么不采用恒電流法?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)變化給了電子不同的運(yùn)動(dòng)力。而恒電流法只是給了恒定數(shù)量的電荷，并不是給了不同的活躍度，沒(méi)法得到變化參數(shù)，所以不采用恒電流法。實(shí)驗(yàn)三鐵氰化鉀在玻碳電極上的氧化還原基本要求1.掌握用循環(huán)伏安法判斷電極反應(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)分析方法，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。由于它能在很寬的電位范圍內(nèi)迅速觀察研究對(duì)象的氧化還原行為，因此電化學(xué)研究中常常首先進(jìn)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個(gè)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)進(jìn)行分析。由于施加的電壓為三角波，這種方法也稱為三角波線性掃描極譜法。UUt+-++-++-+三角波典型的循環(huán)伏安圖如圖所示：選擇施加在a點(diǎn)的起始電位Ei，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)電位正到能夠?qū)ed氧化時(shí)，在工作電極表面聚集的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)達(dá)到最高峰，此后由于電極附近溶液中的Red轉(zhuǎn)變?yōu)镺x而耗盡，電流迅速衰減（j-k）；當(dāng)電壓達(dá)到a點(diǎn)的起始電位Ei時(shí)便完成了一個(gè)循環(huán)。循環(huán)伏安圖的幾個(gè)重要參數(shù)為：陽(yáng)極峰電流（ipa）、陰極峰電流（ipc）、陽(yáng)極峰電位（Epa）、陰極峰電位（Epc）。對(duì)于可逆反應(yīng)，陰陽(yáng)極峰電位的差值，即△E=Epa－Epc≈56mV/Z，峰電位與掃描速度無(wú)關(guān)。而峰電流ip＝2.69×105n3/2AD1/2V1/2C，ip為峰電流（A），n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)，A為電極面積（cm2），D為擴(kuò)散系數(shù)（cm2/s），V為掃描速度（V/s），C為濃度（mol/L）。由此可見(jiàn)，ip與V1/2和C都是直線關(guān)系。對(duì)于可逆的電極反應(yīng)，ipa≈ipc。三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品1.電化學(xué)工作站，三電極系統(tǒng)（玻碳電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑絲電極為輔助電極）2.鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（6.0×10-3mol/L，含KNO3溶液1.0mol/L），10mL電解杯，10mL容量瓶四、實(shí)驗(yàn)步驟1.打開(kāi)儀器預(yù)熱20分鐘，打開(kāi)電腦，打開(kāi)電化學(xué)工作站操作界面。2.電極拋光：用Al2O3粉將玻碳電極表面拋光，然后用蒸餾水清洗，待用。3.將鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液轉(zhuǎn)移至10mL電解池中，插入三支電極，在“實(shí)驗(yàn)”菜單中選擇“實(shí)驗(yàn)方法”，選擇“循環(huán)伏安法”，點(diǎn)“確定”，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)：起始電位（+0.6V）；終止電位（-0.2V）；靜止時(shí)間（2s）；掃描時(shí)間（任意掃速）；掃描速度（0.1V/s）；靈敏度（1.0×e-3）；循環(huán)次數(shù)（1）；是否敲擊（不敲擊）；通氮時(shí)間（0）；氮?dú)猓ú槐３郑c(diǎn)“確定”。從“實(shí)驗(yàn)”菜單中選擇“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”，觀察循環(huán)伏安圖，記錄峰電流和峰電位。4.考察峰電流與掃描速度的關(guān)系，使用上述溶液，分別以不同的掃描速度：0.1、0.2、0.5V/s（其他實(shí)驗(yàn)條件同上）分別記錄從＋0.6V~-0.2V掃描的循環(huán)伏安圖，記錄峰電流。5.考察峰電流與濃度的關(guān)系，分別準(zhǔn)確移取上述溶液1.00、2.00、5.00mL，置于3只10mL容量瓶中，分別用去離子水定容，搖勻，以0.1V/s的掃描速度（靈敏度調(diào)為1.0×e-4，其他實(shí)驗(yàn)條件同上）分別記錄從＋0.6V~-0.2V掃描的循環(huán)伏安圖，記錄峰電流。五、注意事項(xiàng)六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與處理1.計(jì)算陽(yáng)極峰電位與陰極峰電位的差△E。2.計(jì)算相同實(shí)驗(yàn)條件下陽(yáng)極峰電流與陰極峰電流的比值ipa/ipc。3.相同K3Fe(CN)6濃度下，以陰極峰電流或陽(yáng)極峰電流對(duì)掃描速度的平方根作圖，說(shuō)明二者之間的關(guān)系。4.相同掃描速度下，以陰極峰電流或陽(yáng)極峰電流對(duì)K3Fe(CN)6的濃度作圖，說(shuō)明二者之間的關(guān)系。5.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明K3Fe(CN)6在KNO3溶液中電極反應(yīng)過(guò)程的可逆性。A.所得不同掃描速度下的循環(huán)伏安圖如下：1.掃描速度為0.1V/sEpa=0.336Epc=0.097Ipa=-2.769*10-5Ipc=5.545*10-5（1)陽(yáng)極峰電位與陰極峰電位的差△E=0.239V(2)陽(yáng)極峰電流與陰極峰電流比值Ipa/Ipc=-0.4992.掃描速度為0.2v/sEpa=0.350Epc=0.074Ipa=-2.980*10-5Ipc=6.899*10-5（1）陽(yáng)極峰電位與陰極峰電位的差△E=0.276V陽(yáng)極峰電流與陰極峰電流比值Ipa/Ipc=-0.432掃描速度為0.5v/sUp:EPc:0.0395Ipc：1.349*10*-4Down:Epa:0.3859Ipa:-7.30*10-5（1)陽(yáng)極峰電位與陰極峰電位的差△E=0.3464V(2)陽(yáng)極峰電流與陰極峰電流比值Ipa/Ipc=-0.541B.所得不同濃度下的循環(huán)伏安圖如示：1.鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（6.0×10-5mol/L）Epa=0.311Ipa=-2.695*10-6Epc=0.0228Ipc=6.222*10-6（1)陽(yáng)極峰電位與陰極峰電位的差△E=0.283V(2)陽(yáng)極峰電流與陰極峰電流比值Ipa/Ipc=-0.4332.鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.2×10-5mol/L）Epa=0.307Ipa=-7.749*10-6Epc=0.054Ipc=1.130*10-5（1)陽(yáng)極峰電位與陰極峰電位的差△E=0.253V(2)陽(yáng)極峰電流與陰極峰電流比值Ipa/Ipc=-0.686鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（3×10-5mol/L）Epa=0.316Ipa=-2.209*10-5Epc=0.094Ipc=3.196*10-5（1)陽(yáng)極峰電位與陰極峰電位的差△E=0.222V(2)陽(yáng)極峰電流與陰極峰電流比值Ipa/Ipc=-0.691C.相同K3Fe(CN)6濃度下，以陰極峰電流或陽(yáng)極峰電流對(duì)掃描速度的平方根作圖，說(shuō)明二者之間的關(guān)系。陰極峰電流(/10^-5)掃描速度掃描速度平方根5.5450.10.3162286.8990.20.44721413.490.50.707107由下圖可得，在同K3Fe(CN)6濃度下，陰極峰電流與掃描速度的平方根成直線性關(guān)系，且斜率為4608.81279。D.相同掃描速度下，以陰極峰電流或?qū)3Fe(CN)6的濃度作圖陰極峰電流(/10^-6)K3Fe(CN)6的濃度（10-5mol/L）6.2220.611．301.231.963.0由下圖可得，在相同掃描速度下，陽(yáng)極峰電流與不同K3Fe(CN)6濃度下近似直線性關(guān)系，且斜率大約為91479.75994。對(duì)(內(nèi)含0.20mol/L)溶液的循環(huán)伏安曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，選取曲線的第二圈，即第三和第四段曲線，根據(jù)循環(huán)伏安曲線特點(diǎn)，用半峰法進(jìn)行峰測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖：由測(cè)量結(jié)果可知，氧化峰電位為Ep2=244mV，峰電流為ip2=4.6983×10A；還原峰電位是Ep1=310mV，峰電流是ip1=4.666×10A。氧化峰還原峰電位差為66mV，峰電流的比值為：ip1/ip2=0.95≈1。由此可知，鐵氰化鉀體系(Fe(CN)63-/4-)在中性水溶液中的電化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)可逆過(guò)程。(注：由于該體系的穩(wěn)定，電化學(xué)工作者常用此體系作為電極探針，用于鑒別電極的優(yōu)劣。)實(shí)驗(yàn)四金屬的電鍍實(shí)驗(yàn)一、基本要求1.了解電鍍的基本概念2.了解電鍍?nèi)芤褐刑砑觿┑淖饔?。二、?shí)驗(yàn)原理電鍍是一個(gè)普遍的工業(yè)流程。使用電流，可以將一層金屬如銅或鎳鍍?cè)谝挥袑?dǎo)電性的物體上。傳統(tǒng)電鍍的主要目的通常是改變基體表面的特性，改善基體材料的外觀、耐腐蝕性和耐磨性?，F(xiàn)在，電鍍技術(shù)在制備半導(dǎo)體、催化材料、納米材料等功能性材料和微機(jī)電加工領(lǐng)域正日益發(fā)揮著重要作用。國(guó)內(nèi)期刊“電鍍與環(huán)?！?、“電鍍與精飾”、“材料保護(hù)”等刊登這方面的研究。把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程稱為電解。電鍍屬于電解，是一種電化學(xué)沉積過(guò)程，是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽(yáng)極，通過(guò)電解作用，陰極鍍件表面上沉積出金屬，獲得牢固的金屬膜的過(guò)程。根據(jù)法拉弟定律，在電鍍鎳時(shí)，通過(guò)電鍍槽的電量若為lF（96500C），則應(yīng)得鎳鍍層0.5mol（58.69/2g）。而實(shí)際上沉積的鎳不到0.5mol，這是由于在電鍍過(guò)程中，陰極上進(jìn)行的反應(yīng)不只是Ni2++2e－=Ni，還有2H++2e－=H2副反應(yīng)的存在，使得用于沉積金屬的電流只是通過(guò)總電流的一部分，而其余部分消耗在副反應(yīng)上，所以電流效率達(dá)不到100%。電流效率計(jì)算公式如下：電鍍前要對(duì)金屬片進(jìn)行打磨，其目的是為了處理、清潔被鍍金屬的表面，從而得到結(jié)合力好的鍍層。鍍層質(zhì)量的好壞要考慮的因素有很多，主要有：被鍍金屬的特性、鍍層特性、合適的前處理、合適的電鍍?nèi)芤?、合適的操作條件（電流密度、鍍液濃度和各組分比例、鍍液溫度、時(shí)間、后處理）、合適的電鍍?cè)O(shè)備和器具、環(huán)境條件等。1．添加劑對(duì)電鍍效果的影響在電鍍?nèi)芤褐屑犹砑觿禾蔷?,4-丁炔二醇、香豆素等可以明顯的提高鍍層的光亮度。加入光亮劑的鍍鎳溶液稱光亮鍍液。2．雜質(zhì)對(duì)鍍層質(zhì)量的影響在電鍍液中如果含有一定量的金屬雜質(zhì)，會(huì)影響渡層的質(zhì)量，如鍍鎳溶液中含有Fe離子就會(huì)使鍍層的質(zhì)量下降。3.鍍件的表面狀態(tài)對(duì)鍍層的影響鍍件的表面狀態(tài)對(duì)鍍層的光潔度，亮度，鍍層的附著力等都有很大的影響。所以為了得到合格的鍍層，鍍件的表面必須經(jīng)過(guò)合格的酸洗除銹、堿洗（或有機(jī)溶劑清洗）除油，機(jī)械或電化學(xué)拋光等。三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品CHI660C電化學(xué)工作站；銅電極；普通鎳鍍液（成分見(jiàn)表1）；NaOH，Na3PO4，Na2CO3，鹽酸，金相砂紙表1普通鍍鎳液成分成分質(zhì)量濃度（g/L）六水合硫酸鎳（NiSO4?6H2O）100六水合氯化鎳（NiCl2?6H2O）40硼酸（H3BO3） 30十二烷基硫酸鈉C12H25NaO4S0.11-4丁炔二醇0.4對(duì)甲苯磺酰胺0.8實(shí)驗(yàn)中所用的試劑均為分析純?cè)噭⒂谜麴s水配制。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）具體操作方法1.配制電鍍?nèi)芤海ò幢?）2．電極的處理黃銅電極為工作電極，尺寸為1cm×1cm，其中Cu/Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為59.65%和40.35%，大面積的鎳片為對(duì)電極。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，工作電極依次用型號(hào)為50、600、2000的砂紙打磨，然后用丙酮擦洗，并用蒸餾水沖洗，再放入堿性洗液取出后用蒸餾水清洗，最后放入酸性洗液中，取出再用蒸餾水沖洗，在空氣中晾干，備用。3.堿性洗液的配置在80℃的條件下，用180g/L的NaOH和20g/Na3PO4+Na2CO3溶液清洗2～3s。4.酸性洗液的配置在室溫下，用稀鹽酸溶液清洗2～3s。5.電鍍實(shí)驗(yàn)將銅陰極和鎳陽(yáng)極均用金相砂紙打磨光亮，用水沖洗干凈。銅陰極經(jīng)過(guò)堿洗、酸洗后，放入燒杯作陰極，鎳片做陽(yáng)極。（1）打開(kāi)CHI660C工作站的窗口。（2）將CHI工作站的綠色夾頭夾銅電極，紅色和白色夾頭同時(shí)夾鎳片電極。（3）測(cè)定開(kāi)路電位。點(diǎn)擊“T”（Technique）選中對(duì)話框中“多電流階躍測(cè)量（如為英文界面則為Multi-currentsteps”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“?”（parameters）選擇參數(shù)，在階躍1欄目下，設(shè)置電流為0.02A，時(shí)間根據(jù)設(shè)置10min，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“?”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。（4）在另一不加添加劑（十二烷基硫酸鈉、1-4丁炔二醇、對(duì)甲苯磺酰胺）的電鍍液中進(jìn)行相同的操作，觀察兩次鍍層表面的不同。五、注意事項(xiàng)1.電解液化學(xué)品有一定的腐蝕和污染，實(shí)驗(yàn)和觀察過(guò)程中應(yīng)避免手、皮膚直接接觸。2.實(shí)驗(yàn)完成后，鍍液必須倒回原瓶中回收重復(fù)使用。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1．記錄恒實(shí)驗(yàn)過(guò)程電位隨時(shí)間的變化，并討論。（1）電鍍液中含有添加劑時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電位隨時(shí)間變化的曲線圖如下：由origin圖像可知，在0s—600s時(shí)間范圍內(nèi)，電位在剛開(kāi)始從-1.30V迅速變化到2.08V然后又迅速變化到-1.50V，之后隨著時(shí)間推移電位變化較為穩(wěn)定，電位曲線呈現(xiàn)緩慢上升狀態(tài)。（2）電鍍液中不含有添加劑時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電位隨時(shí)間變化的曲線圖如下：由origin圖像可知，在0s—600s時(shí)間范圍內(nèi)，電位在剛開(kāi)始從-1.06V迅速變化到-1.60V，之后隨著時(shí)間推移電位變化較為穩(wěn)定，電位曲線呈現(xiàn)緩慢上升狀態(tài)。和含有添加劑的電鍍液相比，不含添加劑的電鍍液的電位曲線隨時(shí)間變化較為緩慢。2.通過(guò)電極系統(tǒng)通過(guò)的電量估算鍍層的厚度。通過(guò)電極系統(tǒng)的恒電流為0.02A，通電時(shí)間為600s,所以可得在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)電極系統(tǒng)的電量為：Q=It=0.02A×600s=12C（1）所以通過(guò)電極系統(tǒng)的電子的物質(zhì)的量為：N=Q/F=12C/96500=1.2435×10-4mol（2）而Ni每一次反應(yīng)得失電子數(shù)為2，所以可得所鍍的鎳的物質(zhì)的量為：n=N/2=6.2176×10-5mol（3）查得Ni的摩爾質(zhì)量為58.7g/mol，Ni的密度為8.9g/cm3,所以可得所鍍得的鎳的質(zhì)量及體積為：m=nM=6.2176×10-5mol×58.7g/mol=3.6497×10-3g（4）V=m/ρ=3.6497×10-3g/8.9g/cm3=4.1008×10-4cm3（5）已知被鍍的銅片底面積為1cm2,所以可得理論上鍍層的厚度為：L=V/S=4.1008×10-4cm=4.1008μm(6)而在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后使用測(cè)厚儀測(cè)得的鍍層厚度均在20μm以上，所以由此可以判斷使用測(cè)厚儀測(cè)金屬鍍層厚度誤差太大，所以測(cè)得的數(shù)據(jù)不足為信，故全部舍去。3.討論添加劑對(duì)鍍層表面的影響。光亮劑它的加入可以使鍍層光亮。如鍍鎳中的糖精及1，4-丁炔二醇；氯化物鍍鋅中的芐*丙酮等。當(dāng)在鍍液中含有幾種光亮劑或?qū)追N物質(zhì)配制成復(fù)合光亮劑時(shí)，常根據(jù)光亮劑的集團(tuán)及其在鍍液中的作用、性能和對(duì)鍍層的影響等，又將它們分為初級(jí)光亮劑、次級(jí)光亮劑、載體光亮劑和輔助光亮劑等。整平劑具有使鍍層將基體表面細(xì)微不平處填平的物質(zhì)。如鍍鎳溶液中的香豆素，酸性光亮鍍銅溶液中的四氫噻唑硫酮、甲基紫等。潤(rùn)濕劑它們的主要作用是降低溶液與陰極間的界面張力，使氫氣泡容易脫離陰極表面，從而防止鍍層產(chǎn)生針孔。這類物質(zhì)多為表面活性劑，其添加量很少，對(duì)鍍液和鍍層的其他性能沒(méi)有明顯的影響。如鍍鎳溶液中的十二烷基硫酸鈉和銨鹽鍍鋅中的海鷗洗滌劑。七、思考題1.普通鍍液使用一段時(shí)間后就需更換新的鍍液，電鍍廢液可以直接倒入下水道嗎？為什么？電鍍廢液在排放之前應(yīng)如何處理？答：電鍍廢液不可以直接倒入下水道，因?yàn)槿绻撬嵝詮U液，下水道管道是金屬鐵，會(huì)被腐蝕H++Fe==H2+Fe2+；如果是堿性，會(huì)污染河流；如果含有重金屬鹽，都是有毒的，用于灌溉，會(huì)污染蔬菜等食品；如果含有有機(jī)物，會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水體惡化?，F(xiàn)在比較常見(jiàn)的廢液處理方法有：（1）化學(xué)沉淀法，又分為中和沉淀法和硫化物沉淀法。（2）氧化還原處理，分為化學(xué)還原法、鐵氧體法和電解法。（3）溶劑萃取分離法。（4）吸附法。（5）膜分離技術(shù)。（6）離子交換法。（7）生物處理技術(shù)，包括生物絮凝法、生物吸附法、生物化學(xué)法、植物修復(fù)法。

目前電鍍廢水的處理方法一般采用物化法之分流—綜合兩段處理。前段處理多分三支水：鉻水、氰水和綜合水（銅鎳鋅水）。鉻水用還原劑使之變價(jià)還原，氰水用兩級(jí)氧化破氰，銅鎳鋅水直接與前兩股水匯合而成為綜合水。后段處理綜合水，基本上是用堿（燒堿或石灰）、聚合氯化鋁（PAC）和有機(jī)絮凝劑（PAM），具體操作是：把綜合水的pH值提到10~13，堿濃度大而迫使堿與重金屬的反應(yīng)向生成氫氧化物的方向進(jìn)行。由于pH>9,排放口又得用酸