铁的极化曲线的测定精.ppt

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1、铁的极化曲线的测定第1页，本讲稿共25页实验目的实验目的掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。通过测定验技术。通过测定Fe在在H2SO4、HCl溶液溶液中的阴极极化、阳极极化曲线，求算中的阴极极化、阳极极化曲线，求算Fe的的自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝化自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝化电流等参数。电流等参数。了解了解Cl-离子，缓蚀剂等因素对铁电极极化的离子，缓蚀剂等因素对铁电极极化的影响。影响。讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。第2页，本讲稿共25页Icorr为Fe在H2SO4溶液中的自腐蚀

2、电流 实验原理实验原理图1 Fe的极化曲线第3页，本讲稿共25页金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。例如过程。例如 Fe Fe2+2e (1)2H+2e H2 (2)实验原理实验原理第4页，本讲稿共25页Fe将不断被溶解，同时产生将不断被溶解，同时产生H2。Fe电极和电极和H2电极电极及及H2SO4溶液构成了腐蚀原电池，溶液构成了腐蚀原电池，其腐蚀反应为：其腐蚀反应为：Fe+2H+Fe2+H2 (3)这就是这就是Fe在酸性溶液中腐蚀的原因。在酸性溶液中腐蚀的原因。实验原理实验原理第5页，本讲稿共25页 l当电极不与外电路接通时，其净

3、电流为零。即当电极不与外电路接通时，其净电流为零。即I Icorrcorr=I=IFeFe=-I=-IH H00。l图图1 1中中rara为为阴极极化曲线阴极极化曲线。当对电极进行阴极极。当对电极进行阴极极化，即加比化，即加比EcorrEcorr更负的电势，反应更负的电势，反应11被抑制，被抑制，反应反应22加速，电化学过程以加速，电化学过程以H H2 2析出为主，这种效析出为主，这种效应称为应称为“阴极保护阴极保护”.塔菲尔塔菲尔(Tafel)半对数关半对数关系，即：系，即：实验原理实验原理第6页，本讲稿共25页 l图图1 1中中abab为为阳极极化曲线阳极极化曲线。当对电极进行阳极极化。当

4、对电极进行阳极极化时，即加比时，即加比E Ecorrcorr更正的电势，则反应更正的电势，则反应22被抑制，反被抑制，反应应11加速，电化学过程以加速，电化学过程以FeFe溶解为主溶解为主。符合。符合实验原理实验原理第7页，本讲稿共25页图2 Fe的钝化曲线致钝电位 Ip致钝电流 实验原理实验原理第8页，本讲稿共25页labc段是段是Fe的正常溶解，生成的正常溶解，生成Fe2+，称为，称为活化活化区区。lcd段称为段称为活化钝化过渡区。活化钝化过渡区。实验原理实验原理第9页，本讲稿共25页lde段的电流称为维钝电流段的电流称为维钝电流 此段电极处于比较稳定的此段电极处于比较稳定的钝化区钝化区,

5、Fe2+离子与溶液中的离子形成离子与溶液中的离子形成FeSO4沉沉淀层，阻滞了阳极反应，由于淀层，阻滞了阳极反应，由于H+不易达到不易达到FeSO4层内部，使层内部，使Fe表面的表面的pH增大，增大，Fe2O3、Fe3O4开开始在始在Fe表面生成，形成了致密的氧化膜，极大地表面生成，形成了致密的氧化膜，极大地阻滞了阻滞了Fe的溶解，因而出现钝化现象。的溶解，因而出现钝化现象。ef段称为段称为过钝化区过钝化区 实验原理实验原理第10页，本讲稿共25页测量方法测量方法 图中图中W表示研究电极、表示研究电极、C表示表示辅助电极、辅助电极、r表示参比电极。参表示参比电极。参比电极和研究电极组成原电池，

6、比电极和研究电极组成原电池，可确定研究电极的电位。辅助电可确定研究电极的电位。辅助电极与研究电极组成电解池，使研极与研究电极组成电解池，使研究电极处于极化状态。究电极处于极化状态。图3 恒电位法原理示意图第11页，本讲稿共25页在实际测量中，常采用的恒电势法有下列两种：在实际测量中，常采用的恒电势法有下列两种：o 静态法：将电极电势较长时间地维持在某一恒定静态法：将电极电势较长时间地维持在某一恒定值，同时测量电流密度随时间的变化，直到电流值，同时测量电流密度随时间的变化，直到电流基本上达到某一稳定值。如此逐点地测量在各个基本上达到某一稳定值。如此逐点地测量在各个电极电势下的稳定电流密度值，以获

7、得完整的极电极电势下的稳定电流密度值，以获得完整的极化曲线。化曲线。测量方法测量方法第12页，本讲稿共25页l动态法：控制电极电势以较慢的速度连续地改动态法：控制电极电势以较慢的速度连续地改变（扫描），并测量对应电势下的瞬时电流密变（扫描），并测量对应电势下的瞬时电流密度，并以瞬时电流密度值与对应的电势作图就度，并以瞬时电流密度值与对应的电势作图就得到整个极化曲线。所采用的扫描速度（即电得到整个极化曲线。所采用的扫描速度（即电势变化的速度）需要根据研究体系的性质选定。势变化的速度）需要根据研究体系的性质选定。测量方法测量方法第13页，本讲稿共25页l动态法：一般说来，电极表面建立稳态的速度越慢

8、，动态法：一般说来，电极表面建立稳态的速度越慢，则扫描也应越慢，这样才能使测得的极化曲线与采则扫描也应越慢，这样才能使测得的极化曲线与采用静态法测得的结果接近。用静态法测得的结果接近。测量方法测量方法第14页，本讲稿共25页 CHI660A电化学工作站电化学工作站1台；电解池台；电解池1个；个；硫酸亚汞电极（参比电极）、硫酸亚汞电极（参比电极）、Fe电极（研究电极）电极（研究电极）、Pt片电极（辅助电极）各片电极（辅助电极）各1支。支。0.1molL-1、1molL-1H2SO4溶液；溶液；1molL-1HCl溶液；溶液；乌洛托品（缓蚀剂）乌洛托品（缓蚀剂）仪器与药品仪器与药品 第15页，本讲

9、稿共25页o1.电极处理：用金相砂纸将铁电极表面打磨平整电极处理：用金相砂纸将铁电极表面打磨平整光亮，用蒸馏水清洗后滤纸吸干。每次测量前都需光亮，用蒸馏水清洗后滤纸吸干。每次测量前都需要重复此步骤，电极处理得好坏对测量结果影响很要重复此步骤，电极处理得好坏对测量结果影响很大。大。o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（1）打开）打开CHI660A工作站的窗口。工作站的窗口。实验步骤实验步骤第16页，本讲稿共25页o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（2）将三电极分别插入电极夹的三个小孔中，使）将三电极分别插入电极夹的三个小孔中，使电极进入电解质溶液中。将电极进入电解质溶液中。将CHI工工 作站的绿色

10、夹头作站的绿色夹头夹夹Fe电极，红色夹头夹电极，红色夹头夹Pt片电极，白色夹头夹参片电极，白色夹头夹参比电极。比电极。实验步骤实验步骤第17页，本讲稿共25页o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（3）测定开路电位。点击）测定开路电位。点击“T”（Technique）选）选中对话框中中对话框中“Open Circuit Potential-Time”实验技术，点击实验技术，点击“OK”。点击。点击“”（parameters）选择参数，可用仪器默认）选择参数，可用仪器默认值，点击值，点击“OK”。点击。点击“”开始实验，测得的开开始实验，测得的开路电位即为电极的自腐蚀电势路电位即为电极的自腐蚀电势E

11、corr。实验步骤实验步骤第18页，本讲稿共25页o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（4）开路电位稳定后，测电极极化曲线。点击）开路电位稳定后，测电极极化曲线。点击“T”选中对话框中选中对话框中“Linear Sweep Voltammetry”实验技术，点击实验技术，点击“OK”为使为使Fe电极的阴极极化、阳极极化、钝化、过钝化全电极的阴极极化、阳极极化、钝化、过钝化全部表示出来。部表示出来。实验步骤实验步骤第19页，本讲稿共25页 初始电位（初始电位（Init E）设为）设为“-1.0V”，终态电位，终态电位（Final E）设为）设为“2.0V”，扫描速率（，扫描速率（Scan Rate

12、）设为）设为“0.01V/s”灵敏度灵敏度（sensivitivty）设为）设为“自动自动”，其它可用仪器，其它可用仪器默认值，极化曲线自动画出。默认值，极化曲线自动画出。实验步骤实验步骤第20页，本讲稿共25页o3按按1、2步骤分别测定步骤分别测定Fe电极在电极在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%乌洛托品的乌洛托品的1.0 molL-1 HCl溶液中的极化曲线。溶液中的极化曲线。o4.实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复原位，桌面擦拭干净。原位，桌面擦拭干净。实验步骤实验步骤第2

13、1页，本讲稿共25页 （1）分别求出）分别求出Fe电极在不同浓度的电极在不同浓度的H2SO4溶液溶液中的自腐蚀电流密度、自腐蚀电位、钝化电流中的自腐蚀电流密度、自腐蚀电位、钝化电流密度及钝化电位范围，分析密度及钝化电位范围，分析H2SO4浓度对浓度对Fe钝钝化的影响。化的影响。（2）分别计算）分别计算Fe在在HCl及含缓蚀剂的及含缓蚀剂的HCl介质中介质中的自腐蚀电流密度及按下式换算成腐蚀速率（的自腐蚀电流密度及按下式换算成腐蚀速率（）。）。数据处理数据处理第22页，本讲稿共25页3600Mi/nF 其中：其中：腐蚀速度（腐蚀速度（gm-2h-1）；）；i钝钝化电流密度（化电流密度（Am-2）

14、；）；MFe的摩尔质量的摩尔质量（gmol-1）；）；F法拉第常数（法拉第常数（Cmol-1）；）；n发生发生1mol电极反应得失电子的物质的量。电极反应得失电子的物质的量。数据处理数据处理第23页，本讲稿共25页1.测定前仔细了解仪器的使用方法。测定前仔细了解仪器的使用方法。2.电极表面一定要处理平整、光亮、干净，不能有电极表面一定要处理平整、光亮、干净，不能有点蚀孔。点蚀孔。注意事项注意事项第24页，本讲稿共25页（1）平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同。）平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同。（2）分析）分析H2SO4浓度对浓度对Fe钝化在影响。比较盐酸溶钝化在影响。比较盐酸溶液中加和不加乌洛托品液中加和不加乌洛托品，Fe电极上自腐蚀电流的大小。电极上自腐蚀电流的大小。Fe在盐酸中能否钝化，为什么在盐酸中能否钝化，为什么?（3）测定钝化曲线为什么不采用恒电流法）测定钝化曲线为什么不采用恒电流法?（4）如果对某种体系进行阳极保护，首先必须明确哪些）如果对某种体系进行阳极保护，首先必须明确哪些参数参数?思考题思考题第25页，本讲稿共25页