鐵的極化曲線的測定

1、鐵的極化曲線的測定鐵的極化曲線的測定實驗目的實驗目的掌握恒電位法測定電極極化曲線的原理掌握恒電位法測定電極極化曲線的原理和實驗技術。通過測定和實驗技術。通過測定Fe在在H2SO4、HCl溶液中的陰極極化、陽極極化曲線，溶液中的陰極極化、陽極極化曲線，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、鈍化電流等參數(shù)?；妱?、鈍化電流等參數(shù)。了解了解Cl-離子，緩蝕劑等因素對鐵電極極離子，緩蝕劑等因素對鐵電極極化的影響?；挠绊憽Ｓ懻摌O化曲線在金屬腐蝕與防護中的應討論極化曲線在金屬腐蝕與防護中的應用。用。Icorr為Fe在H2SO4溶液中的自腐蝕電流 實驗原理實驗原理圖1

2、 Fe的極化曲線金屬的電化學腐蝕是金屬與介質(zhì)接觸時發(fā)生的金屬的電化學腐蝕是金屬與介質(zhì)接觸時發(fā)生的自溶解過程。例如自溶解過程。例如 Fe Fe2+2e (1) 2H+2e H2 (2)實驗原理實驗原理Fe將不斷被溶解，同時產(chǎn)生將不斷被溶解，同時產(chǎn)生H2。Fe電極和電極和H2電極及電極及H2SO4溶液構成了腐蝕原電池，溶液構成了腐蝕原電池，其腐蝕反應為：其腐蝕反應為：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。實驗原理實驗原理 l 當電極不與外電路接通時，其凈電流為零。即當電極不與外電路接通時，其凈電流為零。即I Icorrcorr=I=IFe

3、Fe=-I=-IH H00。l 圖圖1 1中中rara為為陰極極化曲線陰極極化曲線。當對電極進行陰極。當對電極進行陰極極化，即加比極化，即加比EcorrEcorr更負的電勢，反應更負的電勢，反應11被抑被抑制，反應制，反應22加速，電化學過程以加速，電化學過程以H H2 2析出為主，析出為主，這種效應稱為這種效應稱為“陰極保護陰極保護” .塔菲爾塔菲爾(Tafel)半對數(shù)關系，即：半對數(shù)關系，即：實驗原理實驗原理 l 圖圖1 1中中abab為為陽極極化曲線陽極極化曲線。當對電極進行陽極。當對電極進行陽極極化時，即加比極化時，即加比E Ecorrcorr更正的電勢，則反應更正的電勢，則反應22被

4、抑制，反應被抑制，反應11加速，電化學過程以加速，電化學過程以FeFe溶解溶解為主為主。符合。符合實驗原理實驗原理圖2 Fe的鈍化曲線致鈍電位 Ip致鈍電流 實驗原理實驗原理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段稱為段稱為活化鈍化過渡區(qū)。活化鈍化過渡區(qū)。實驗原理實驗原理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)定的定的鈍化區(qū)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，阻滯了陽極反應，由于沉淀層，阻滯了陽極反應，由于H+不易不易達到達到FeSO4層內(nèi)部，使層

5、內(nèi)部，使Fe表面的表面的pH增大，增大，F(xiàn)e2O3、Fe3O4開始在開始在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段稱為段稱為過鈍化區(qū)過鈍化區(qū) 實驗原理實驗原理測量方法測量方法 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

6、3 恒電位法原理示意圖在實際測量中，常采用的恒電勢法有下列兩種：在實際測量中，常采用的恒電勢法有下列兩種：l 靜態(tài)法：將電極電勢較長時間地維持在某一靜態(tài)法：將電極電勢較長時間地維持在某一恒定值，同時測量電流密度隨時間的變化，恒定值，同時測量電流密度隨時間的變化，直到電流基本上達到某一穩(wěn)定值。如此逐點直到電流基本上達到某一穩(wěn)定值。如此逐點地測量在各個電極電勢下的穩(wěn)定電流密度值，地測量在各個電極電勢下的穩(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。測量方法測量方法l動態(tài)法：控制電極電勢以較慢的速度連續(xù)地動態(tài)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改變（

7、掃描），并測量對應電勢下的瞬時電流密度，并以瞬時電流密度值與對應的電勢流密度，并以瞬時電流密度值與對應的電勢作圖就得到整個極化曲線。所采用的掃描速作圖就得到整個極化曲線。所采用的掃描速度（即電勢變化的速度）需要根據(jù)研究體系度（即電勢變化的速度）需要根據(jù)研究體系的性質(zhì)選定。的性質(zhì)選定。測量方法測量方法l動態(tài)法：一般說來，電極表面建立穩(wěn)態(tài)的速動態(tài)法：一般說來，電極表面建立穩(wěn)態(tài)的速度越慢，則掃描也應越慢，這樣才能使測得度越慢，則掃描也應越慢，這樣才能使測得的極化曲線與采用靜態(tài)法測得的結(jié)果接近。的極化曲線與采用靜態(tài)法測得的結(jié)果接近。測量方法測量方法 CHI660A電化學工作站電化學工作站1臺；電解池臺

8、；電解池1個；個； 硫酸亞汞電極（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 l1. 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。每次測平整光亮，用蒸餾水清洗后濾紙吸干。每次測量前都需要重復此步驟，電極處理得好壞對測量前都需要重復此步驟，電極處理得好壞對測量結(jié)果影響很大。量結(jié)果影響很大。l2.測量

9、極化曲線：測量極化曲線： （1）打開）打開CHI660A工作站的窗口。工作站的窗口。實驗步驟實驗步驟l2.測量極化曲線：測量極化曲線： （2）將三電極分別插入電極夾的三個小孔中，）將三電極分別插入電極夾的三個小孔中，使電極進入電解質(zhì)溶液中。將使電極進入電解質(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。實驗步驟實驗步驟l2.測量極化曲線：測量極化曲線： （3）測定開路電位。點擊）測定開路電位。點擊“T”（Technique）選中對話框中選中對話框中“Open Circuit Potentia

10、l-Time”實驗技術，點擊實驗技術，點擊“OK”。點擊。點擊“”（parameters）選擇參數(shù)，可用儀器默認）選擇參數(shù)，可用儀器默認值，點擊值，點擊“OK”。點擊。點擊“ ”開始實驗，測得開始實驗，測得的開路電位即為電極的自腐蝕電勢的開路電位即為電極的自腐蝕電勢Ecorr。 實驗步驟實驗步驟o2.測量極化曲線：測量極化曲線：（4）開路電位穩(wěn)定后，測電極極化曲線。點）開路電位穩(wěn)定后，測電極極化曲線。點擊擊“T”選中對話框中選中對話框中“Linear Sweep Voltammetry”實驗技術，點擊實驗技術，點擊“OK”為為使使Fe電極的陰極極化、陽極極化、鈍化、過電極的陰極極化、陽極極化、

11、鈍化、過鈍化全部表示出來。鈍化全部表示出來。實驗步驟實驗步驟 初始電位（初始電位（Init E）設為）設為“-1.0V”，終態(tài)電，終態(tài)電位（位（Final E）設為）設為“2.0V”，掃描速率，掃描速率（Scan Rate）設為）設為“0.01V/s”靈敏度靈敏度（sensivitivty）設為）設為“自動自動”，其它可用，其它可用儀器默認值，極化曲線自動畫出。儀器默認值，極化曲線自動畫出。實驗步驟實驗步驟l3按按1、2步驟分別測定步驟分別測定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%烏洛托烏洛托品的品的1.0

12、molL-1 HCl溶液中的極化曲溶液中的極化曲線。線。l4. 實驗完畢，清洗電極、電解池，將儀實驗完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復原位，桌面擦拭干凈。器恢復原位，桌面擦拭干凈。實驗步驟實驗步驟 （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濃度濃度對對Fe鈍化的影響。鈍化的影響。 （2）分別計算）分別計算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

13、腐蝕速率（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的摩的摩爾質(zhì)量（爾質(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電極反應電極反應得失電子的物質(zhì)的量。得失電子的物質(zhì)的量。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理o測定前仔細了解儀器的使用方法。測定前仔細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，不能有點蝕孔。有點蝕孔。注意事項注意事項（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