第二个实验阳极极化曲线的测量.doc

徐 州 工 程 学 院 教 案 20 12 20 13 学年 第 一 学期 第 八 周 星期 四 授课名称（含教材章节）： 阳极极化曲线的测量 教学目的和要求： 掌握阳极极化曲线测试的基本原理和方法；测定镍电极在电解液中有无Cl-存在条件下的阳极极化曲线；通过实验巩固对电极钝化与活化过程的理解。 教学重点： 线性电位扫描法测试阳极极化曲线 教学难点： 对测试的曲线进行解释、分析和应用 教学过程设计：复习 0 分钟，授新课 120 分钟，安排讨论 30 分钟，其他 30 分钟授课类型（请打）：理论课 实验课 习题课 其他教 学 内 容 （ 要 点 ）一、 讲述实验目的和实验原理二、 讲述实验步骤三、 溶液配制四、 电化学工作站调试五、 测试阳极极化曲线六、 结果分析与讨论七、 数据保存、记录，以及用orgin绘图。徐 州 工 程 学 院 教 案 纸阳极极化曲线的测量一、【实验目的】1、掌握阳极极化曲线测试的基本原理和方法；2、测定镍电极在电解液中有无Cl-存在条件下的阳极极化曲线；3、通过实验巩固对电极钝化与活化过程的理解。二、【实验原理】线性电位扫描法是指控制电极电位在一定的电位范围内，以一定的速度均匀连续的变化，同时记录下各电位下反应的电流密度，从而得到电位-电流密度曲线，即稳态电流密度与电位之间的函数关系：i= f()。特别适用于测量电极表面状态有特殊变化的极化曲线。如下：如阳极钝化行为的阳极极化曲线。阳极极化：金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程叫做阳极极化，如下式所示：M = Mn+ + ne【金属的钝化现象：阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大。这是正常的阳极溶出。但当阳极电位正到某一数值时，其溶解速度达到一最大值。此后阳极溶解速度随着电位变正，反而大幅度的降低，这种现象称为金属的钝化现象。】线性电位扫描法不但可以测定阴极极化曲线，也可以测定阳极极化曲线，特别适用于测定电极表面状态有特殊变化的极化曲线，如测定具有阳极钝化行为的阳极极化曲线，用线性电位扫描法测得的阳极极化曲线，如下图所示，金属阳极极化曲线 曲线表明，电势从A点开始上升（即电势向正方向移动），电流也随之增大；电势超过B点以后，电流迅速减至很小，这是因为在电极表面上生成了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。到达C点以后，电势再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的，很小的数值上。电势升至D点后，电流又随电势的上升而增大。 AB段-称为活性溶解区；此时金属进行正常的阳极溶解，阳极电流随电位改变服从Tafel公式的半对数关系。 BC段-称为钝化过渡区；此时是由于金属开始发生钝化，随着电极电位的正移，金属的溶解速度反而减小了。 CD段-称为钝化稳定区；在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位二改变； DE段-称为过度钝化区；此时金属溶解速度重新随电位的正移而增大，为氧的析出或者高价金属离子的生成。 对应于b点的电流密度成为致钝电流密度；对应于cd段的电流密度称为维钝电流密度。如果对金属通以致钝电流（致钝电流密度与表面积的乘积）使表面生成一层钝化膜（电势进入钝化区），再用维钝电流(维钝电流密度与表面积的乘积）保持其表面的钝化膜不消失，金属的腐蚀速度将大大降低，这就是阳极保护的基本原理。从阳极极化曲线上可以得到下列参数：c点对应的电位-临界钝化电位；c点对应的电流临界钝化电流密度；这些参数恒电流法是测不出来的，影响金属钝化的因素很多(1) 溶液的组成溶液中存在的氢离子、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子，对金属的钝化行为有显著地影响，在酸性和中性溶液中随着氢离子浓度的降低，临界钝化电流密度减小，临界钝化电位也向负移。卤素离子、尤其是氯离子妨碍金属的钝化过程，并能破坏金属的钝态，使溶解速率大大增加，某些具有氧化性的阴离子则可以促进金属的钝化。(2) 金属的组成和结构各种金属的钝化能力不同。对于铁族金属而言，钝化能力的顺序为Cr Ni Fe。在金属中加入其它组分可以改变金属的钝化行为，如在铁中加入镍和铬可以大大提高铁的倾向及钝态的稳定性。(3) 外界条件 温度、搅拌对钝化有影响，一般来说，提高温度和加强搅拌都不利于钝化过程的发生。三、【仪器与试剂】电化学工作站； 电解池 3个； 硫酸亚汞电极 4 个(参比电极)，镍电极 3 个（工作电极）； 铂电极3个（辅助电极）。0.5 mol/L H2SO4溶液； 0.5 mol/L H2SO4 + 0.005 mol/L KCl溶液; 0.5 mol/L H2SO4 + 0.05 mol/L KCl溶液; 四、【实验步骤】采用CHI电化学工作站中的线性电位扫描法分别测量镍在下面3中溶液中的极化曲线：0.5 mol/L H2SO4溶液中的阳极极化曲线；0.5 mol/L H2SO4 + 0.005 mol/L KCl溶液中的阳极极化曲线； 0.5 mol/L H2SO4 + 0.05 mol/L KCl溶液中的阳极极化曲线；扫描速度：0.05 mV/s；电位扫描范围：-0.21.6V1、 接好线路 黄色线管-参比电极；红色线管-辅助电极；绿色线管-工作电极。2、 测量阳极极化曲线（1）将待测镍电极的一面用金相砂纸打磨，除去氧化膜，用丙酮洗涤除油。再用脱脂棉蘸酒精擦洗，用蒸馏水冲洗干净，再用滤纸吸干，放进电解池中。电解池中的辅助电极为铂电极，参比电极为硫酸亚汞电极，电解池中注入0.5mol/L H2SO4溶液。（2）启动工作站，运行LK2005A型测试软件。在“设置”菜单中点击“通讯测试”选项。显示“系统连接成功”表明仪器进入正常工作状态。在“设置”菜单中点击“系统自检”选项。在“设置”菜单中点击“连接DUMMY”选项对仪器进行测定，如选择“线性扫描技术”-“线性扫描伏安法”初始电位 0.03V终止电位 -0.03V扫描速度 0.005V/s等待时间 1s（3）在“设置”菜单中点击参数设置，在弹出的菜单中输入测试条件：Init E (初始电位)为 -0.2V，Final E(终止电位)为1.6V，Scan Rate (扫描速率)为 0.005V/s，Sample Interval(取点间隔)为0.001V，Quiet Time (静止时间为)2s，Sensitivity (灵敏度)为（扫描速度和灵敏度根据调试得出最佳条件。（4）电极“star”按钮，进行极化曲线的测量。（5）改变溶液组成，测试镍电极在0.5 mol/L H2SO4 + 0.005 mol/L KCl溶液中的阳极进化曲线，测试条件同上。（6）改变溶液组成，测试镍电极在0.5 mol/L H2SO4 + 0.05 mol/L KCl溶液中的阳极进化曲线，测试条件同上。3. 实验完毕，关闭仪器，将研究电极清洗干净待用。五、【结果分析与讨论】1、从极化曲线分别指出三个体系的临界钝化电位和临界钝化电流密度。 分别列出原始图。2、对比三条曲线，分析Cl-对镍阳极极化曲线的影响。使用origin作图六、思考题1在测量前，为什么电极在进行打磨后，还需进行阴极极化处理？答：可以使电极的表面纯度更高，使反应的准确度提高。2测定极化曲线，为何需要三个电极？在恒电位仪中，电位与电流哪个是自变量？哪个是因变量？答：研究电极与辅助电极组成电解池，测定极化电流值；研究电极与参比电极组成原电池，测定极化过程中研究电极的电势变化值（因为此原电池通过的电流极小，故参比电极的电极电势变化极小，测得的电势变化值即为研究电极的电势变化值）。在恒电位仪中，电位是自变量，电流是因变量。3试说明实验所得金属钝化曲线各转折点的意义。答：B点为活性溶解区转化为钝化过渡区的转折点，阳极开始钝化；C点为由钝化过渡区转入钝化稳定区的转折点，阳极进入维钝状态；D点开始为超钝化现象，随着电势的增加，钝化的金属表面发生了另一种电化学反应（O2的析出）。4是否可用恒电流法测量金属钝化曲线？答：由金属钝化曲线示意图可知，