金屬腐蝕理論及腐蝕控制答案

1、金屬腐蝕理論及腐蝕控制（跟著劍哥走，有肉吃。）v-和年腐習(xí)題解答1.根據(jù)表1中所列數(shù)據(jù)分別計(jì)算碳鋼和鋁兩種材料在試驗(yàn)介質(zhì)中的失重腐蝕速度蝕深度Vp,并進(jìn)行比較，說明兩種腐蝕速度表示方法的差別。表1碳鋼和鋁在硝酸中的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)介質(zhì)30%HNO,25C試樣材料碳鋼鋁矩形薄板試樣尺寸（mm）2040330405腐蝕前重W(g)浸泡時(shí)間t(hr)4545腐蝕后重W(g)解：由題意得：（1）對(duì)碳鋼在30%HNO25C）中有:V一=/st=m?h又有d=m/v=20x40x=cnm?hVp=_/d=x=y對(duì)鋁在30%HN（25C）中有:b二2W鋁/st=m2?h3d=mfg/v=30X40X5X=c

2、m說明：碳鋼的v比鋁大，而Vp比鋁小，因?yàn)殇X的密度比碳鋼小(2)對(duì)不銹鋼在20%HNC25C)有：22表面積S=2兀X0.015+2兀xx=m2V=aVT/st=g/m?h試樣體積為：V=xxx=cm3d=W/V=g/cmVp=-/d=x=y,22對(duì)鋁有：表面積S=2ttX0.02+2兀xx=m2V=aVT/st=g/m?h2q試樣體積為：V=:tx2x=cmd=W/V=g/cmVp=-/d=x=y試樣在98%HN豌5C)時(shí)有：對(duì)不銹鋼：V-=AVT/st=g/m?hVp=-/d=x=y對(duì)鋁：V-=AVT/st=m2?hVp=-/d=x=y說明：硝酸濃度溫度對(duì)不銹鋼和鋁的腐蝕速度具有相反的影響

3、。3 .鎂在LNaCl溶液中浸泡100小時(shí)，共放出氫氣330cm3。試驗(yàn)溫度25C,壓力760mmHg試樣尺寸為2020(mm)的薄板。計(jì)算鎂試樣的失重腐蝕速度V(在25C時(shí)水的飽和蒸汽壓為)解：由題意得：該試樣的表面積為：662S=2X(20X20+20X+20XX10=840x10m壓力P=mmHg=mmHg=根據(jù)PV=nRT則有放出的氫氣的物質(zhì)的量為：6_n=PV/RT=x330X10/X(25+=2又根據(jù)Mg+2H>Mg+H2Mgfi章蝕的量為n(Mg)=所以：V=nMMg)/St=X840X106X100=g/m2?h查表得：dMg=g/cm3有：Vp=_/d=x=y4 .表面

4、積4cm2的鐵試樣，浸泡在5%鹽酸溶液中，測(cè)出腐蝕電流為Icor=。計(jì)算鐵試樣的腐蝕速度V-和Vp。解：由題意得：根據(jù)V-=A/nF=icor可知V=(A/nF)Icor/s=xx2xx4x=m2?h查表得d(Fe戶cm3Vp=_/d=x=y即鐵試樣的腐蝕速度V=g/m2*hVp=y第二章1 .將銅片和鋅片插在3%NaCl溶液中，測(cè)得銅片和鋅片未接通時(shí)的電位分別為+和-。當(dāng)用導(dǎo)線通過電流表把銅片和鋅片接通，原電池開始工作，電流表指示的穩(wěn)定電流為。已知電路的歐姆電阻為200。(1)原電池工作后陽極和陰極的電位差E-Ea=?(2)陽極極化值E與陰極極化值E的絕對(duì)值之和E+Ec等于多少？(3)如果陽

5、極和陰極都不極化，電流表指示應(yīng)為多少？(4)如果使用零電阻電流表，且溶液電阻可以忽略不計(jì)，那么電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，陽極與陰極的電位差Ec-Ea、陽極極化值與陰極極化值的絕對(duì)值之和Ea+E等于多少？電流表的指不又為多少？解：由題意得：(1):根據(jù)Ec-Ea=IR貝U有：Ec-Ea=IR=x200歐=30mV=即原電池工作后陽極和陰極的電壓差Ec-Ea=：AEa=Ea-Eoa|Ec|=Eoc-EcEa+|Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=+即陽極極化值4Ea與陰極極化值Ec的絕對(duì)值之和為。(3):如果陽極和陰極都不極化，則有Pc=0,Pa=0Icor=(Eoc-E

6、oa)/R=+/200=即電流表指示應(yīng)為。(4)：當(dāng)使用零電阻電流表時(shí)有，陽極與陰極的電位差Ec=Ea,則有:電位差Ec-Ea=0由(2)知：AEa+|Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-Icor=103(Pc+Pa)=+/=2 .某腐蝕體系的參數(shù)為:E 0a = ,E0c = ,Ecor =當(dāng)R=0時(shí)，Icor=10mA,該腐蝕電池屬于什么控制類型？如果歐姆電阻R=90，那么Icor=?腐蝕電池又屬于什么控制類型?解：由題可知：當(dāng)R=0時(shí)有:Icor=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)2Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/Icor=(+)/10x10=120Q3Pc=(Eoc-Ec)

7、/Icor=+/10x10=100Q則有Pa=120-100=20。因?yàn)镻c>>Pa所以該電池屬于陽極極化控制。當(dāng)歐姆電阻R=90Q時(shí)有：'Icor=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=+/(120+90)=因?yàn)镽與Pc接近，所以該腐蝕電池為歐姆電阻和陽極極化共同控制第三章1.在下列情況下，氧電極反應(yīng)的平衡電位如何變化：(1)溫度升高10C(取Po2=1atm,pH=7)。(2)氧壓力增大到原來的10倍(溫度25C)。(3)溶液pH值下降1單位(溫度25C)。解：在中性溶液中，陰極的反應(yīng)為：O+2HO+&=4OH-其平衡位則為Ee=E(OH-/O2)+RTIn(

8、Po2/aOH-)nF(1)當(dāng)溫度升高10c后有：Ee=E(OH-/O2)+R(T10)XIn(Po2/aOH-)nF=E+RTIn(Po2/aOH)+InPWaOH-nFnF則平衡電位變化量4EeUEe'-Ee=In(Po2/aOH-)nF理mPo2嗎aOH-nFnF又因InaOH=aOH,則有l(wèi)ga=pH-14OH所以：Ee1=10x(4X96500)乂InPa-10X(4X96500)X4XX(7-14)=0+=>0即：溫度升高10c后平衡電位正移。(2)當(dāng)氧壓力增加到原來的10倍時(shí)Ee"=E+RTln(10PQ2/aOH尸E+RTln10+RTIn(P02/a：

9、H-)2nFnFnF日二Ee''Ee=RTln10nF=x/(4x96500)x=>0即氧壓力增大到原來的10倍時(shí)有氧電極平衡電位正移(3)當(dāng)溶液pH值下降1時(shí)有Ee'''=E+RTIn(PQ2/aO,H-)=E+肛InPq24RTIna°H-3nFnFnFE3=Ee'''Ee=E+RTInPq2幽Ina°H(E+RTInPq2nFnFnF4RTM、naOH)nF="(ph14)+膽(pH14)nFnFRT78.315298.152.3、=X=>0F96500即pH值下降1個(gè)單位，氧電壓反

10、應(yīng)平衡電位正移。2.將鐵置于飽和空氣的堿溶液(pH=10)中，按陽極反應(yīng)為(1) Fe+Fe2+2e(2) Fe+2OH-=Fe(OH)2+2e計(jì)算腐蝕傾向，二者是否相同？為什么？解：在pH=10的堿溶液中，去極化還原反應(yīng)為：Q+2HO+*=4OHEe=E +RT nFIn (P02/ aOH -)+ 0.059141g 1016(1)當(dāng)陽極反應(yīng)為Fe=Fe2+2e有Fe2+2OH=Fe(OH)a15查得KSpFe(OH)2=X10221587a(Fe)=KspFe(OH)/aoh=x10/10=x10mol/Lt2由：Fe=Fe+2e2又有Eea=+a(Fe)7=+10=(2)當(dāng)陽極反應(yīng)為F

11、e+2oh=Fe(OH>+2e查表有Ee?=OH=104mol/LFe/(OH)2Ee=E+RTIn(1/aoh4)nF4=+x/(2x96500)X2X10綜上則有兩種計(jì)算所得結(jié)果相同，即二者的腐蝕傾向一樣3,將兩根銅棒分別浸于LCuS。溶液和LCuSO4溶液，組成一個(gè)金屬離子濃差電池。(1)哪一根銅棒是陽極，哪一根銅棒是陰極？(2)寫出陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，計(jì)算其平衡電位。該金屬離子濃差電池的腐蝕傾向是多少伏？2解：(1)銅棒在mo1/LCuSO4溶凝中時(shí)有：Cu=Cu+2e2查表得：丫(Cu)=又根據(jù)Ee=+-RTIna(Cu2)Cu/cu2nF0.059.、/lgx當(dāng)銅棒在LCuS

12、O溶液中時(shí)有：丫(Cu2)=Ee'=E°+RTlna(Cu2),Cu/cu2nF=+等-因?yàn)镋e<Ee一即銅在mol/LCuSO4溶液中的電位比在Cu/cu2Cu/cu2LCuSO溶液中電位低。故有銅在mol/LCuSO4溶液中作陽極，而在LCuSO溶液中的銅棒作陰極。2(2)陽極反應(yīng)：Cu=Cu+2e其平衡電位Eea=2'陰極反應(yīng)Cu+2e=Cu,其平衡電位Ee=(3) Eec=EeCu /cu 2而Eea=EeCu/cu2有腐蝕傾向EecEea=27mV即該金屬離子濃差電池的腐蝕傾向是27mV第四章1 .表面積為20cm2的鐵樣品浸泡在PH=1的除氧酸溶液中

13、，經(jīng)過50h試驗(yàn)，測(cè)得了鐵樣品的損失質(zhì)量為，已知在鐵的表面上析氧反應(yīng)符合Tafel公式Y(jié)=,刀的單位為V,i的單位為A/cm2，試計(jì)算：(1) 樣品厚度的減少h(mm);(2)鐵電流的腐蝕電流密度icor(A/m2);(3)鐵試樣的腐蝕電位Ecoro解：(1)根據(jù)失重腐蝕v-=-w0.11g/m2.hst2010450.Vp=V.dfc=x 1/= mm/y有h=X50/(365X24)=即樣品的厚度加少量為A(2)根據(jù)vic0r可知有：nFi cornFVA2 26.8 155.80.9606A/m2陰極反應(yīng)2H+2e=H2當(dāng)pH=1時(shí)其平衡電位Eec=x1=(V)在腐蝕電位下，陰極反應(yīng)過電

14、位：c=Ecor-Eec=-lg匕。(V)所以巳or=-lgicor+Eec=-X(X10)-=(vsSHE)=-=-(vsSCE)擴(kuò)散系數(shù)2.海水中的含氧量為L(zhǎng),求一年中鋅的消耗量？(氧的擴(kuò)散層厚度為102cm,為D=x105cm2/s,Zn的原子量為)。解：由題知有：在海水中陰極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e=4OHdNcbcs在穩(wěn)定條彳時(shí)有：|ic|二Nf|dN|=nFDcdtbsc當(dāng)c減小到零時(shí)有|ic|=id=nFD23.2mg/L,“2=4Xcm/sx/10cm32g/mol=4xxx10-5xx10-3/(32x10-4)X3600X10x10-3=m2-icor=id=m查表得d

15、zn=cm3Zn-2e=Zn2+有腐蝕深度Vp=V_876icordzndnF8.7665.40.7332/(7.1226.8)1.104mm/aA2失重腐蝕速度：V=icor65.40.7332/226.80.8956g/m2.hnF3對(duì)如下兩個(gè)電極系統(tǒng)：(a) Hg-LHCl(b) Pt1mol/LH2SQ分別進(jìn)行陰極極化，測(cè)量數(shù)據(jù)列于表1。要求：(1)分別畫出在汞電極上和鉗電極上析氫反應(yīng)的陰極極化過電位曲線。(2)圖上求Tafel斜率bc和交換電流密度i°。(3)為了使電位偏離平衡電位+10mV,需要通入多大的外加極化電流(取n=1)?比較兩個(gè)電極的極化性能。表1陰極極化實(shí)驗(yàn)數(shù)

16、據(jù)(25C)極化電流密度ic極化電位E(V,vsSCE)(A/m2)Hg電極Pt電極35X10X103103_25X10210101解：(1)對(duì)于Hg電極有：陰極反應(yīng)：2H+2e=H2有Y=RT2nFEec=ln(2H)20.0591lg(0.10.796)0.065(V)當(dāng)|ic尸103A/m2即lg|ic|=3時(shí)有y E Eec1.6164(VsSce) 0.065 ( 1.6164 0.242) 0.0651.311(V)同理有：當(dāng) |ic|= 5 102A/itf時(shí)，lg|ic|= 時(shí)有:y 1.5780 0.242 0.064當(dāng) |ic|= 102 時(shí)，lg|ic|=2, y當(dāng) |i

17、c|=10 時(shí)，lg|ic|=1, y當(dāng) |ic|=1 時(shí)，lg|ic|=0, y1.272(V)1.5085 0.242 0.0651.202(V)1.3815 0.242 0.0651.080(V)1.2665 0.242 0.0650.961(V)對(duì)于 Pt 電極有：2H+2e=H2,當(dāng) H2SO4 為 1mol/L 時(shí) Y=RT 2 Eec= ln(2H )20.05911g(2 0.13)0.035(V)nF當(dāng) |ic|= 5X 103A/ m2即 lg|ic|=3 時(shí)有：y E Eec 0.5370(VsSce) 0.035 ( 0.5370 0.242) 0.0353 , |ic

18、|= 5X10 時(shí)，lg|ic|=, y 0.4991 0.242 0.0350.222(V)3當(dāng) |ic|=10 時(shí)，lg|ic|=3, y 0.4511 0.242 0.0350.171(V)當(dāng) |ic|= 5 102 時(shí)，lg|ic|=, y 0.3362 0.242 0.0350.059(V)當(dāng) |ic|= 102 時(shí)，lg|ic|=2, y 0.3362 0.242 0.0350.059(V)0.26(V)當(dāng)極化曲線如下:0.0/V-0.4 _Hg電 極-G_Pt電極位-0.6電-0.8 -lgic / (A/ m 2)(2)由圖知直線斜率即為Tafel斜率bc,截距為氫過電位a。對(duì)

19、于LHCl有：八1.311(0.961)斜率00.11730.Tafel斜率bc=-=當(dāng)|ic|取1時(shí)有c=,即氫過電位a=，由塔菲爾公式：cbclgi0,得：0=i則：lgi°=即i°=x108A/m2對(duì)于Pt-1mol/LH2SQ有:斜率0.26(0.176)3.75 30.112.Tafel斜率bc=V當(dāng)|ic|取1時(shí)有c=,即氫過電位a=由塔菲爾公式:cbclgi0,代入有：=i0得i0=m2(3)當(dāng)極化值A(chǔ)E=10mv時(shí)，屬于微極化范疇，由Fanardy方程式：i二刀/Rf對(duì)于LHCl有：Rf=RT/(i°nF)=X298/(96500X)=x105Qi

20、Hg=r/Rf=x105=x10-8A/m2對(duì)于Pt-1mol/LH2SQ有:Rf=RT/(i0nF)=X298/(96500X)=x10-4QiPt=r/Rf=x10-4=16A/m24.鉗電極在充氧的中性水溶液中進(jìn)行陰極極化，電極表面發(fā)生氧離子化反應(yīng)。利用氧離子化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)(bc=,i0=x10-6mA/cm2=x10-5A/m2),計(jì)算當(dāng)ic=7X10-2mA/2cm時(shí)，陰極極化過電位，其中儂度極化過電位濃和活化極化過電位活各占多大比例？擴(kuò)散層厚度取=10-2cm,水中溶解氧濃度為L(zhǎng)。比較氫電極反應(yīng)和氧電極反應(yīng)的陰極極化特征。32103解：儂度極化時(shí)有：Cb3.2mg/L3.210

21、3g/Lg/L104mol/L32g/mol極限擴(kuò)散電流密度idnFDC時(shí)代入數(shù)據(jù),則有：id0.733A/m2426.8A/mol1.9105104m2/h3600104103mol/m3,一221010m.yc濃bclg(1山)0.110lg(10.%733)0.525Vid.活化極化時(shí)有：yc活bclg40.110lg07r0.110lg(0.58105)0.525Vi01.198105，陰極極化的過電位ycy濃y活0.148(0.525)0.673V.有：Wy.0.525100%78%Wy濃yc活yc活yc0.6730.148100%22%0.673所以氧電極受濃度極化與活化極化共同控

22、制，其中活化極化占大部分，而氫電極主要受活化極化控制。5.一個(gè)活化極化控制腐蝕體系，陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)的交換電流密度為i0、i：;Tafel斜ca率為bc、ba；腐蝕電位滿足條件EeaEorEeco設(shè)加入陰極性緩蝕劑，使陰極反應(yīng)受到抑制，陰極反應(yīng)交換電流密度改變?yōu)?i0)。假定其他參數(shù)都不改變，此時(shí)腐蝕電位負(fù)移到Ecor,腐蝕電流密度下降到i地。(1)作加入緩蝕劑前后腐蝕體系的極化曲線圖。（2）用圖解法求腐蝕電流密度的變化cor/icor和腐蝕電位的變化corEcoro解：極化曲線如右圖；由（1）的極化曲線利用圖解法求解得：在4ABC中，直線段位兩平行線，則有:CDbatan,bctanDBC

23、DADba,bc分別為未加入緩蝕劑時(shí)陽極反應(yīng)和加入緩蝕劑后陰極反應(yīng)的Tafel斜率:DB根據(jù)DB-DBABABDBABADDB(CDCDDCCD)1AB,即DBbcbcba1)1AB由圖可知有:DB(lg|icor'|lg|icorI)i'corx(lg)icorADBDCD/Iicor'、1/(lg1)(CD1corBDCD|i0'(l年ADBDEEcor'Ecorbababcbc6.一個(gè)陽極反應(yīng)受活化極化控制、擴(kuò)散電流密度為id,腐蝕電位為11,AB1)1,lgii(lg|ic0'|lg|ic0|).0ic1(lg%)1iccorcorbcb

24、cbai*一lgF,又EcorEcorCDicCDBDBD,0,iclgicbabcbabc.0,iclgic陰極反應(yīng)受濃度極化控制的腐蝕體系，陰極反應(yīng)的極限Eoro由于攪拌使陰極反應(yīng)的極限擴(kuò)散電流密度上升到id,陽極反應(yīng)參數(shù)不變；腐蝕電位正移到Ecor。(2)解：(1)(2)作腐蝕體系的極化曲線圖。用圖解法求腐蝕電位變化極化曲線如右圖；由（1）極化曲線可知，在4E=EcorEcoroABC中陽極反應(yīng)的Tafel斜率batanACAB腐蝕電位變化EEcor'EcorACABtan(lg|id'|lg|id|)tanbalg|id'|id|思考題:1.交換電流密度的概念及

25、意義，與電極反應(yīng)極化性能的關(guān)系；過電位和電極反應(yīng)速度的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)方程的一般表達(dá)式；Tafel方程式的數(shù)學(xué)形式、圖形表示以及適用條件；極限擴(kuò)散電流密度的計(jì)算。答：析氫腐蝕的陰極反應(yīng)是氫離子的還原反應(yīng)，發(fā)生電學(xué)腐蝕的條件是Eea<Eec發(fā)生析氫腐蝕的體系包括標(biāo)準(zhǔn)電位負(fù)值很大的活潑金屬；大Me/MenH2/H多數(shù)工程上使用的金屬，如Fe在酸性溶液中，正電性的金屬一般不會(huì)發(fā)生析氫腐蝕。但是當(dāng)溶液之中含有絡(luò)合劑使金屬離子活度很低時(shí)正電性金屬也可能發(fā)生析氫腐蝕。析氫腐蝕的陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)都要受活化極化控制，其電極反應(yīng)的阻力表現(xiàn)為交換電流密度的大小，比較電極反應(yīng)的阻力，則只需比較交換電流密度。因?yàn)?/p>

26、氫離子還原反應(yīng)受活化極化控制，因此析氫反應(yīng)符合Tafel公式：c=a-blgic其中影0響析氫反應(yīng)動(dòng)力的有a值，即與i有關(guān)，與材料本身及狀態(tài)，環(huán)境PH值等有關(guān)。c所以綜合其影響因素有：pH值，溫度，及溶液中其他組分，金屬本身雜質(zhì)，陰極還原面積，表面狀態(tài)等。2 .對(duì)受氧擴(kuò)散控制的吸氧腐蝕體系，當(dāng)id增加到一定程度，陰極反應(yīng)將由濃度極化控制轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛葮O化與活化極化共同影響。這種控制特征的變化與電極金屬材料有什么關(guān)系？用極化圖進(jìn)行分析。答：在ic«id時(shí)，D2的還原反應(yīng)受活化極化控制，當(dāng)增加到約-id時(shí)，還原反應(yīng)2受活化極化與濃度極化共同控制。當(dāng)id增大到陽極極化曲線的交點(diǎn)，越出了氧化擴(kuò)散

27、控制電位，則自然狀態(tài)下陰極反應(yīng)不再受濃度極化控制，如曲線3所示。與陽極極化曲線的交點(diǎn)在混合控制電位區(qū)間，必須考慮活化極化作用。在分析腐蝕速度的0影響因素時(shí)，應(yīng)包括氧化極限擴(kuò)散電流密度id和還原反應(yīng)交換電流密度i兩方面。c3 .(1)在pH=0的除氧硫酸銅溶液中(aCu20.1mol/L)，銅能否發(fā)生析氫腐蝕生成Cu2+?如果能發(fā)生，腐蝕傾向是多少伏？(2)在pH=10的除氧氧化鉀溶液中(aCNoamol兒)，銅能否發(fā)生析氫腐蝕？如果能發(fā)生，腐蝕傾向是多少伏？設(shè)腐蝕生成的Cu(CN)2-離子的活度等于10-4mol/L,已知電極反應(yīng)Cu+2CN-=Cu(CN)2-+e+ 2e的標(biāo)準(zhǔn)電位E0=。2

28、解(1)由題意可知，銅的氧化反應(yīng)為Cu=Cuo查表知，銅電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位E=則銅的氧化反應(yīng)的平衡電位為Eea=Eo+RTlnCu2/Cu2F=+XX又在PH=0的除氧硫酸銅溶液中有2h+2e=H2析氫反應(yīng)的平衡電位Eec=Eo+RTlnh/Ph2nF2Cu 。+ e得Eec=-xPH=<0=0V由電位比較準(zhǔn)則知Eea>Eec,所以銅不可能發(fā)生析氫腐蝕生成(2)由題意可知，銅的氧化反應(yīng)為CU+2CN=Cu(CN)2該電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位Eo=則銅氧化反應(yīng)的平衡電位為loRT.Eea=E+lnCu(CN)2/(CNxCN)4 2=+100.5在PH=10的除氧硫酸銅溶液中有2h+2e=

29、H2析氫反應(yīng)的平衡電位Eec=xPH=x10=由電位比較準(zhǔn)則知Eec>Eea所以銅能發(fā)生析氫腐蝕。其腐蝕傾向E=Eec-Eea=56mV2.(1)推導(dǎo)氫電極反應(yīng)交換電流密度i0與溶液pH值的關(guān)系式。(2)在1mol/L鹽酸溶?中，F(xiàn)e表面上氫電極反應(yīng)的i0=x10-6A/cm2,在L鹽酸溶液中Fe表面上氫電極反應(yīng)的i0=?(取Tafel斜率b=。(3)當(dāng)酸溶液的pH值改變一個(gè)單位，氫電極反應(yīng)的Tafel公式中的a的絕對(duì)值a改變多少伏？解：(1)由io=nFkOCHexp(-Eec/)兩邊同時(shí)去對(duì)數(shù)得ln=lnnFkOCHexp(-Eec/)2.3RTi其中Eec=1gH=nF代入式中得l

30、gio=(nFkOCH)+/即lgio=lg(nFkOCH)+PH=lg(nFkO)P出PH令lg(nFkO)=k=常數(shù)，取=則有l(wèi)gio=k-P毋=k-即氫電極反應(yīng)交換電流密度與溶液PH值的關(guān)系式為lgio=k-(2)在1mol/LHCl溶液中：C(H)=1mol/LPH=-lgH=-lg1=0又lgi°=klgxio6)=k0得卜=當(dāng)為L(zhǎng)HCl溶液時(shí)不考慮活度，h+=mol/LPH=-lgh=2lgio=k-=io106.6107考慮活度系數(shù)，在1mol/LHCl溶液中H活度系數(shù)為PH=-lgH=又1gio=k-.6、1gx10)=k05X即k=在LHC1溶液中，活度系數(shù)為3、P

31、H=-1gH=-1gx10)=1gio=k-io=xio7A/cm2即在LHC1溶液中，不考慮活度系數(shù)io=io6.6=xio7A/cm2,考慮活度系數(shù)io=xio7A/cm2。(3) PH值改變一個(gè)單位時(shí)，a=A1gio又alg=(k(kpH，)=(pH'PH)=得a=X=59mV即當(dāng)酸溶液PH值改變一個(gè)單位，氫電極反應(yīng)Tafel的公式中的a的絕對(duì)值a改變59mV3.鋼制容器用作酸溶液的中間貯槽，與酸溶液接觸的表面積為15n2,進(jìn)入貯槽的酸溶液的工藝條件為：pH=,25C,1atm,并含有L的溶解氧，流量min。實(shí)驗(yàn)測(cè)出容器表面的腐蝕電位E-=(vsSCE)。(1)求鋼容器的腐蝕速度

32、。(2)求流出的酸溶液中的氧含量。擴(kuò)散層厚度取=5X10-3cmo解：（1）析氫反應(yīng)陰極2H+2e=HEec=Eo+RTlnHxh/Ph2nFr2.5=H=Xlg10=oo6.85272lgi=艮4=10=xioA/cm=Ecor+=+=roo0.15/0.1180.15/0.118由=ic|i|ic=i乂10=X1062=xioA/cm吸氧反應(yīng)O+4H+4e=2HO22i=nFDCb/d=4X 96500X x io4 A ,2=x io A/cm4i =i + ic =X 10 cor d42=x io A/cm因 Vp=x v /d mm/y ,所以Vp= dx給x i = nFcor=

33、mm/y(2)氧消耗速度為：(i d x S)/(Fn) X60X733x io )/(5 x io )X106+ X 10V =叢 x i g/( m2 h) nF cor8 765644876 x m x x io x io7.953.6A=x 15)/(96500 x 4) x 60 x 32=g/min流入酸中的氧流量為g/min所以剩余氧量為一=g/min=mg/min即鋼容器的腐蝕速度為Vp=mm/y,流出的酸溶液中的氧含量為g/min,即為mg/min。第六章1.鐵和兩種不銹鋼在除氧的L硫酸溶液中的鈍化參數(shù)列于表1。(在不銹鋼表面上析氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)采用鐵的數(shù)據(jù))(1)這三種體系

34、的陽極反應(yīng)電流峰值ip分別為多少？(2)如果要由通入氧氣來使鐵和不銹鋼鈍化，溶液中最少需要含有多少氧(mg/L)?表1三種腐蝕體系的鈍化參數(shù)材料溶液&(V)i致(mA/cm2)FeLH2SO+200Cr25不銹鋼LH2SOCr25Ni3不銹鋼LH2SO(1)解：陰極反應(yīng)：2H+2eH2Eec0.05911gHec查表可得：當(dāng)硫酸溶液為L(zhǎng)時(shí),Eec=又 ab1g ic, 其中 Iic=|iEP查表可得：a=,b=.對(duì)于Fe：EPEec0.460.0480.508Vlic=|ic|EP= 10-10 (A/c m 2)3故 i ' + ic =200 d n +i p i 致 i

35、c ep 1010 10 =200 mA2cm=A/c m 2.對(duì)于Cr25不銹鋼：EPEec0.180.0480.132Vlic=ic|EP=10-5A/cm23522故ipi致+icEP=10+10=10A/cm.對(duì)于Cr25Ni3銹鋼:EP Eec 0.11 0.0480.062Vic=lic EP10-6 A/c m2故. i + ii p i 致 i cEP=2 103+ 106=2 103 A/c m2(2)使鐵和不銹鋼鈍化時(shí)應(yīng)滿足:bnFDcip,即：b ip查表可得:1.9.對(duì)于Fe：26.8A.h/mol,210 cm0.2 10nFD 4 26.8 1.9 10 5 360

36、03100.273mol / L因?yàn)檠鹾坎荒苓_(dá)到 L,不能使Fe專屯化.對(duì)于Cr25不銹鋼22.54 105 3nFD 4 26.8 1.9 103600 103.46210 mol / L要使.對(duì)于Cr25不銹鋼鈍化，溶液中的氧含量至少應(yīng)為Cr25Ni3不銹鋼：10-2 mol/L要使32. 1053nFD 4 26.8 1.9 103600 102.73310 mol / LCr25Ni3銹鋼鈍化，溶液中的氧含量至少應(yīng)為10-3mol/L2 .如果鈍化體系的真實(shí)陽極化曲線與真實(shí)陰極極化曲線相交產(chǎn)生三個(gè)點(diǎn)時(shí)，為什么會(huì)出現(xiàn)陰極極化電流現(xiàn)象？答：在自然腐蝕狀態(tài)，金屬可能發(fā)生活性溶解腐蝕，也可能

37、鈍化。在陽極極化過程中由于發(fā)生析氧反應(yīng)，使陰極電流密度icia,從而造成i+0,表現(xiàn)為陰極電流，所以實(shí)測(cè)陽極極化曲線上將出現(xiàn)一段陰極極化電流區(qū)。第七章3 .金屬表面的膜具有保護(hù)性的條件是什么？(1)體積條件(P-B比),氧化物體積與消耗的金屬體積之比大于1是氧化膜具有保護(hù)性的必要條件。(2)膜有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，致密，缺陷少，蒸氣壓低。(3)生成的膜有一定的強(qiáng)度和塑性，與基體結(jié)合牢固。否則，由于膜生長(zhǎng)過程中體積膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力向能造成膜的破裂和剝離。(4)膜與基體金屬的熱膨脹系數(shù)差異少，在溫度急劇變化時(shí)不致造成膜的破裂。4 .提高合金抗高溫氧化性能的途徑有哪些?(1)按Haufe原子價(jià)定律，加

38、入適當(dāng)合金元素，減少氧化膜中的缺陷濃度。(2)生成具有良好保護(hù)作用的復(fù)合氧化物膜。(3)通過選擇性氧化形成保護(hù)性優(yōu)良的氧化膜。(4)增加氧化物膜與基體金屬的結(jié)合力。在耐熱鋼和耐熱合金中加入稀土元素能顯著提高抗高溫氧化性能。5 .已知PdO在850C時(shí)的分解壓力等于500mmHg在該溫度下Pd在空氣中和1atm氧氣中是否能氧化？解：由題意得：2P升O=2PdO的分解壓力p=500mmHg=PdO760mmHg(1)在(850+)K時(shí)，1atm中的自由始變化為：G=RTlnPpdo=x(850+xin0658-)J/molPo21=J/mol=mol因?yàn)镻=1atm>P=,所以G=mol&l

39、t;0o2PdO'根據(jù)自由始準(zhǔn)則可知金屬Pd在1atmO中能被氧化。(2)P空氣二atmPd在空氣中時(shí)有：Ppdo0.658、G=RTln=xxln)P空氣0.21=J/mol=mol因?yàn)?G>0,根據(jù)自由始準(zhǔn)則知Pd在空氣中不能被氧化。4.已知鋅發(fā)生高溫氧化時(shí)的P-B比等于，鋅的密度為cm3。在400C經(jīng)過120小時(shí)氧化,測(cè)出增重腐蝕速度為m2hr。鋅試樣表面氧化膜的厚度等于多少？解：由題意得：2Zn+O=2ZnOP-B比=Vmeo=_Md_(Mzno=81A=56)VmenAD3.=(81xcm3)/(1X56XD)(D=cm)又有V=AW/(st)=g/(m之.h)根據(jù)v=

40、2Amev16m可知V=AW/(st尸(Sh1D)/(St)=(m2-h)Zn發(fā)生氧化時(shí)減小的質(zhì)量為：2=ShD(h1一Zn減小的厚度)所以：V=AW/(st尸(Sh1D)/(St)=(m2-h)h=Vt/d=(m2-h)X120)/Xl06g/cm3)=x106m而生成氧化膜即ZnO增加的質(zhì)量為：W=ShASh1D(h生成氧化膜厚度)V=(ShD-Sh1D)/(St)=Vh=(Vt+h)/D666=x120+x10XX10)/X106)m=x106m即生成氧化膜的厚度為x106m第八章1.氯離子活度對(duì)四種不銹鋼的擊穿點(diǎn)位Eb的影響分別為：(1) Cr17Eb=+(V)(2) Cr18Ni9E

41、b=lgaCl-+(V)(3) Eb=lgaCl-+=(v)(V)(4) Cr26M01Eb=+(V)排出在3%勺NaCl溶液和2mol/LNaCl溶液中這4種不銹鋼的耐腐蝕性能的順序。解：(1)在2mol/L的NaCl溶液中有：r=-aci-=C(Cl)r=20,671.34mol/L3Cr17Eb=+=9,3210(v)Cr18Ni9Eb=lgaCl-+=(v)Eb= lgaCl+=(v)Cr26M01Eb=+=(v)因?yàn)閾舸c(diǎn)位越正，材料的耐腐蝕性越好，故在2mol/L的NaCl溶液中4種不銹鋼的耐腐蝕性能的順序由強(qiáng)到弱分別是：>Cr26M01>Cr18Ni9>Cr17

42、(2) .在3%勺白NNaCl溶液中有：x設(shè)在100克水中溶有x克NaCl即一x一100%3%x100解得xCl x 3.09/58.443.09g ,所以 c 0.5mol/LM 0.158.440.9797 10 3mol/L 0.347mol / L查表知r= ar.ClClr0.5130.675mol/L0.347mol/LCr17Eb=0.059Cr18Ni9Eb=+=(v)Eb=+=(v)Cr26M01Eb=+=(v)故在3%勺NaCl溶液中4種不銹鋼的耐腐蝕性能的順序由強(qiáng)到弱分別是：Cr26M01>>Cr18Ni9>Cr172.金屬在酸溶液中發(fā)生的縫隙腐蝕可以用氫離子濃差電差電池來說明，設(shè)將Fe試樣浸泡于pH=0的酸溶液(25C)中，縫內(nèi)氫離子難以補(bǔ)充，使pH上升到3。問：(1)縫內(nèi)Fe表面和縫外Fe表面哪個(gè)是陰極哪個(gè)是陽極？(2)求縫外Fe表面陽極溶解電流密度ia1和縫外Fe表面陽極溶解電流密度ia2的比值。解：(1)縫內(nèi):Eec=x3=縫外:Eec=0V所以Fe在酸溶液中發(fā)生析氫腐蝕，Eec隨溶液pH值增高而負(fù)移，因此縫內(nèi)Fe表面電位負(fù)移，為腐蝕電池的陽極，縫外Fe表面的電位正移，為腐蝕電池的陰極。(2)溶液電阻不計(jì)時(shí)，則縫內(nèi)表面(陽