铁极化曲线测定.ppt

铁的极化曲线的测定,实验目的,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Fe在H2SO4、HCl溶液中的阴极极化、阳极极化曲线，求算Fe的自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝化电流等参数。 了解Cl-离子，缓蚀剂等因素对铁电极极化的影响。 讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。,Icorr为Fe在H2SO4溶液中的自腐蚀电流,实验原理,图1 Fe的极化曲线,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 Fe Fe2+2e (1) 2H+2e H2 (2),实验原理,Fe将不断被溶解，同时产生H2。Fe电极和H2电极及H2SO4溶液构成了腐蚀原电池， 其腐蚀反应为： Fe+2H+ Fe2+H2 (3) 这就是Fe在酸性溶液中腐蚀的原因。,实验原理,当电极不与外电路接通时，其净电流为零。即Icorr=IFe=-IH0。 图1中ra为阴极极化曲线。当对电极进行阴极极化，即加比Ecorr更负的电势，反应1被抑制，反应2加速，电化学过程以H2析出为主，这种效应称为“阴极保护” .塔菲尔(Tafel)半对数关系，即：,实验原理,图1中ab为阳极极化曲线。当对电极进行阳极极化时，即加比Ecorr更正的电势，则反应2被抑制，反应1加速，电化学过程以Fe溶解为主。符合,实验原理,图2 Fe的钝化曲线,致钝电位,Ip致钝电流,实验原理,abc段是Fe的正常溶解，生成Fe2+，称为活化区。 cd段称为活化钝化过渡区。,实验原理,de段的电流称为维钝电流 此段电极处于比较稳定的钝化区, Fe2+离子与溶液中的离子形成FeSO4沉淀层，阻滞了阳极反应，由于H+不易达到FeSO4层内部，使Fe表面的pH增大，Fe2O3、Fe3O4开始在Fe表面生成，形成了致密的氧化膜，极大地阻滞了Fe的溶解，因而出现钝化现象。 ef段称为过钝化区,实验原理,测量方法,图中W表示研究电极、C表示辅助电极、r表示参比电极。参比电极和研究电极组成原电池，可确定研究电极的电位。辅助电极与研究电极组成电解池，使研究电极处于极化状态。,图3 恒电位法原理示意图,在实际测量中，常采用的恒电势法有下列两种： 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，以获得完整的极化曲线。,测量方法,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（即电势变化的速度）需要根据研究体系的性质选定。,测量方法,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用静态法测得的结果接近。,测量方法,CHI660A电化学工作站1台；电解池1个； 硫酸亚汞电极（参比电极）、Fe电极（研究电极）、Pt片电极（辅助电极）各1支。 0.1molL-1、1molL-1H2SO4溶液； 1molL-1HCl溶液； 乌洛托品（缓蚀剂）,仪器与药品,1. 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。每次测量前都需要重复此步骤，电极处理得好坏对测量结果影响很大。 2.测量极化曲线： （1）打开CHI660A工作站的窗口。,实验步骤,2.测量极化曲线： （2）将三电极分别插入电极夹的三个小孔中，使电极进入电解质溶液中。将CHI工 作站的绿色夹头夹Fe电极，红色夹头夹Pt片电极，白色夹头夹参比电极。,实验步骤,2.测量极化曲线： （3）测定开路电位。点击“T”（Technique）选中对话框中“Open Circuit Potential-Time”实验技术，点击“OK”。点击“”（parameters）选择参数，可用仪器默认值，点击“OK”。点击“”开始实验，测得的开路电位即为电极的自腐蚀电势Ecorr。,实验步骤,2.测量极化曲线： （4）开路电位稳定后，测电极极化曲线。点击“T”选中对话框中“Linear Sweep Voltammetry”实验技术，点击“OK”为使Fe电极的阴极极化、阳极极化、钝化、过钝化全部表示出来。,实验步骤,初始电位（Init E）设为“-1.0V”，终态电位（Final E）设为“2.0V”，扫描速率（Scan Rate）设为“0.01V/s”灵敏度（sensivitivty）设为“自动”，其它可用仪器默认值，极化曲线自动画出。,实验步骤,3按1、2步骤分别测定Fe电极在0.1 molL-1和1molL-1H2SO4溶液，1.0 molL-1 HCl溶液及含1%乌洛托品的1.0 molL-1 HCl溶液中的极化曲线。 4. 实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复原位，桌面擦拭干净。,实验步骤,（1）分别求出Fe电极在不同浓度的H2SO4溶液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H2SO4浓度对Fe钝化的影响。 （2）分别计算Fe在HCl及含缓蚀剂的HCl介质中的自腐蚀电流密度及按下式换算成腐蚀速率（）。,数据处理,3600Mi/nF 其中：腐蚀速度（gm-2h-1）；i钝化电流密度（Am-2）；MFe的摩尔质量（gmol-1）；F法拉第常数（Cmol-1）；n发生1mol电极反应得失电子的物质的量。,数据处理,测定前仔细了解仪器的使用方法。 电极表面一定要处理平整、光亮、干净，不能有点蚀孔。,注意事项,（1）平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同。 （2）