金属腐蚀理论及腐蚀控制答案讲解

1、金属腐蚀理论及腐蚀控制跟着剑哥走，有肉吃。 )习题解答1. 根据表 1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度 Vp，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。表 1 碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据试验介质30% HNO 3 ，25 C试样材料碳钢铝矩形薄板试样尺寸 (mm)20 40 330 40 5腐蚀前重 W0(g)18.715316.1820浸泡时间 t (hr)4545腐蚀后重 W1(g)18.673916.1347解：由题意得：( 1)对碳钢在 30%HNO3( 25)中有：V=W/st=(18.7153-18.6739)/45 2(20 4

2、02034030) 0.000001=0.4694g/ m?h又有 d=m/v=18.7154/20 400.003=7.798g/cm2?hVp=8.76V /d=8.76 0.4694/7.798=0.53mm/y对铝在 30%HNO3(25 )中有：V=W铝/st=(16.1820-16.1347)/2 (3040305405) 4510-6=0.3391g/?hd=m 铝/v=16.1820/30 4050.001=2.697g/cm3说明：碳钢的 V比铝大，而 Vp 比铝小，因为铝的密度比碳钢小(2)对不锈钢 在 20%HNO3( 25)有：2表面积 S=20.015 20.015

3、0.004=0.00179 m2V=W /st=(22.3367-22.2743)/0.00179 400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为： V=1.520.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76V /d=8.76 0.08715/7.901=0.097mm/y2对铝有：表面积 S=20.02 2 20.02 0.005=0.00314 m2V= W /st=(16.9646-16.9151)/0.00314 20=0.7882 g/ m2?h2试样体积为： V=2 2 0.5=6.28 cm3 d=W/V=16.964

4、6/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76V /d=8.76 0.7882/2.701=2.56mm/y试样在 98% HNO3(85)时有： 对不锈钢： V= W/st=(22.3367-22.2906)/0.00179 2=12.8771 g/ m2?hVp=8.76V /d=8.76 12.8771/7.901=14.28mm/y对铝： V=W/st=(16.9646-16.9250)/0.00314 40=0.3153g/ m2?hVp=8.76V /d=8.76 0.3153/2.701=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响3. 镁在 0.5

5、mol/L NaCl 溶液中浸泡 100 小时，共放出氢气 330cm3。试验温度 25 C，压力 760mmHg ；试样尺寸为 20 20 0.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度 Vp。(在 25 C 时水的饱和蒸汽压为 23.8mmHg )解：由题意得：该试样的表面积为：66S=2(20 20200.5200.5) 10 =84010m2压力 P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9Pa根据 PV=nRT 则有放出的氢气的物质的量为：6n=PV/RT=98151.9 33010 /8.315 (25273.15)=0.01307mol2又根据

6、 Mg 2HMg HMg 腐蚀的量为 n(Mg) =0.01307mol所以： V=nM(Mg) /St=0.01307 24.3050/840 10 6 100=3.7817 g/ m2?h 查表得： dMg =1.74 g/cm3有： Vp=8.76V/d=8.76 3.7817/1.74=19.04mm/y4. 表面积 4cm2的铁试样，浸泡在 5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为 Icor = 0.55mA 。计算铁 试样的腐蚀速度 V- 和 V p。解：由题意得：根据 V=A /nF=i cor 可知V=(A/nF)Icor/s=55.845 0.55 0.001/2 26.8 40.00

7、01=1.4326g/ m2?h查表得 d(Fe)=7.8g/ cm3Vp=8.76V /d=8.76 1.4326/7.8=1.61mm/y即铁试样的腐蚀速度 V=1.4326 g/ *h Vp=1.61mm/y 第二章1. 将铜片和锌片插在 3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位分别为 +0.05V 和 0.83V 。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通， 原电池开始工作， 电流表指示的稳定电流 为 0.15mA 。已知电路的欧姆电阻为 200 。(1) 原电池工作后阳极和阴极的电位差 Ec Ea = ？(2) 阳极极化值 Ea与阴极极化值 Ec的绝对值之和 Ea + Ec 等于

8、多少 ?(3) 如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？(4) 如果使用零电阻电流表， 且溶液电阻可以忽略不计， 那么电流达到稳态后， 阳极与 阴极的电位差 Ec Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和Ea + Ec 等于多少？电流表的指示又为多少？解：由题意得：( 1)：根据 Ec-Ea=IR 则有：Ec-Ea=IR=0.51mA200 欧=30mV=0.03V 即原电池工作后阳极和阴极的电压差 Ec-Ea=0.03V (2)：Ea=Ea-Eoa | Ec|=Eoc-Ec Ea | Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.050.83-0.03=0.

9、85V即阳极极化值 Ea与阴极极化值 Ec 的绝对值之和为 0.85V。 ( 3)：如果阳极和阴极都不极化，则有 Pc=0 ，Pa=0I cor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05 0.83)/200=0.0044A=4.4mA 即电流表指示应为 4.4mA。( 4)：当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差Ec=Ea，则有：电位差 Ec-Ea=0由( 2)知： Ea|Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88V3Pc+Pa=(Eoc-Ec Ea-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/0.15 10 =5666.7 I=(Eoc-Eoa)/ (P

10、c+Pa)=(0.050.83)/5666.7=0.000155A2. 某腐蚀体系的参数为：E 0a = -0.4V，E0c = 0.8V，Ecor = -0.2V 。当 R = 0时， Icor = 10mA ，该腐蚀电池属于什么控制 类型？如果欧姆电阻 R = 90 ，那么 I cor =？ 腐蚀电池又属于什么控制类型？ 解：由题可知：当 R=0 时有：I cor=(Eoc-Eoa)/ ( Pc+Pa)2Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=(0.8+0.4) /10 10 =1203Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.8 0.2)/10 10 =100 则有 Pa=120-1

11、00=20因为 PcPa，所以该电池属于阳极极化控制。 当欧姆电阻 R=90 时有：Icor =(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA因为 R与 Pc接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阳极极化共同控制第三章1. 在下列情况下，氧电极反应的平衡电位如何变化：(1) 温度升高 10 C (取 Po2 =1atm，pH = 7) 。(2) 氧压力增大到原来的 10 倍 (温度 25 C)。(3) 溶液 pH 值下降 1 单位 (温度 25 C)。解：在中性溶液中，阴极的反应为： O2+2H 2O+4 e =4OH-其平衡位则为 Ee=E0(OH-/O

12、2)+RT (Po2/ aO4H -) nF1) 当温度升高 10后有：Ee = E0( OH-/O2 )+ R(T 10) (Po2/ aO4H -)nF=E+RT (Po2/ aO4H )+ 10R Po2/ aO4H -nF OH nF OH则平衡电位变化量 Ee1= Ee- Ee=10R (Po2/aO4H -)nF=10R Po2 10R aO4H -nF nF OH又因 aO4H=2.3lgaO4H ，则有 lga OH =pH14OH所以： Ee1=108.314/(4 96500) Po2-108.314/(4 96500)42.3 (7-14)=0+0.01387=0.013

13、9V0即：温度升高 10后平衡电位正移 0.0139V2）当氧压力增加到原来的 10 倍时Ee =E RT (10Po2/ aO4H )=E RT ln10 RT (Po2/ aO4H -) 2 nF OH nF nF OH E2= EeEe =RT ln10nF=(8.314 298.15)/(4 96500) 2.3 =0.0148V0即氧压力增大到原来的 10 倍时有氧电极平衡电位正移 0.0148V (3)当溶液 pH值下降 1 时有Ee 3 =E RT (Po2/ aO4H -)=E RT ln Po24RTaOH-3 nF OH nF nF OHRT4RTRT4RT E3= EeE

14、e=Eln Po2 aO H (Eln Po2nFnFOHnFnFaOHRT 2.3=F8.315 9269580.015 2.3=0.0591V0= 4RT 2.3( PH nF4RT 14) 4RT 2.3(pH14) nF即 pH 值下降 1 个单位，氧电压反应平衡电位正移 0.0591V2. 将铁置于饱和空气的碱溶液 (pH = 10)中，按阳极反应为(1) Fe + Fe2+ + 2e(2) Fe + 2OH- = Fe(OH) 2 + 2e 计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？解：在 pH=10 的碱溶液中，去极化还原反应为：O2+2H 2O+4 e =4OHEe=E0( OH-/

15、O2 )+ RT (Po2/aO4H -) nF0.0591 16 =0.401 0.0591 lg(0.21/10)4=0.627V2(1) 当阳极反应为 Fe=Fe 2e2有 Fe2OH =Fe(OH)2查得 Ksp Fe(OH)2=1.87 108=1.87 107mol/L2 2 15 a(Fe )=Ksp Fe(OH)/aOH =1.87 10/10 由： Fe=Fe 2e2又有 Eea= -0.440 0.02955lg a(Fe )7= -0.440 0.02955lg1.8 10= -0.639V(2)当阳极反应为 Fe2OH =Fe(OH)22e 查表有 Ee ? =-0.8

16、75V OH= 10 4 mol/LFe/(OH)2Ee=E0 +RT (1/aOH )nF4= -0.875(8.315 298.15)/(2 96500) 22.3lg10 4= -0.639V综上则有两种计算所得结果相同，即二者的腐蚀倾向一样3. 将两根铜棒分别浸于 0.01mol/L CuSO 4溶液和 0.5mol/L CuSO 4溶液，组成一个金属离子浓 差电池。（1） 哪一根铜棒是阳极，哪一根铜棒是阴极？（2） 写出阳极反应和阴极反应，计算其平衡电位。 该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？2解：（1）铜棒在 0.01 mol/LCuSO4 溶液中时有： Cu=Cu 2 2e2查

17、表得： (Cu 2 )=0.41又根据 Ee Cu/cu2 =E0 RT a(Cu )Cu/cu2 nF0.059=0.337 0.059 lg(0.01 0.41)=0.266V2当铜棒在 0.5mol/LCuSO4 溶液中时有： (Cu 2 )=0.0668Ee= E0 RT a(Cu )Cu /cu2 nF=0.337 0.059 lg(0.5 0.0668)=0.293V因为 Ee Cu/cu2 Ee Cu/cu2 ，即铜在 0.01 mol/LCuSO4溶液中的电位比在Cu /cu2 Cu /cu20.5mol/LCuSO4溶液中电位低。故有铜在 0.01 mol/LCuSO4 溶液

18、中作 阳极，而在 0.5mol/LCuSO4 溶液中的铜棒作阴极。2（ 2）阳极反应： Cu=Cu 2e其平衡电位 Eea=0.266V2阴极反应 Cu 2 2e =Cu ，其平衡电位 Ee =0.293V（3）Eec=Ee Cu /cu2 =0.293VCu /cu2而 Eea=Ee= 0.266VCu /cu2有腐蚀倾向 EecEea=0.2930.266=0.027V=27mV 即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是 27mV第四章1表面积为 20cm2 的铁样品浸泡在 PH=1 的除氧酸溶液中，经过 50h 试验，测得了铁样品 的损失质量为 0.1g，已知在铁的表面上析氧反应符合Tafel

19、公式 =-0.64-0.125lg|i| ，的单位为 V ， i 的单位为 A/cm 2 ，试计算：（ 1） 样品厚度的减少 h（mm）;（2） 铁电流的腐蚀电流密度 i cor（A/m 2）;（ 3） 铁试样的腐蚀电位 Ecor。w 0.1 2 解：(1) 根据失重腐蚀 V- = 41g/m2.hst 20 10 4 50V Vp=8.76=8.76 1/7.8=1.12 mm/yd fc有 h=Vp.t=1.12 50/(365 24)=0.0064mm 即样品的厚度加少量为 0.0064mmA(2)根据 vicor 可知有：nFicornFVA2 26.8 155.80.9606 A /

20、 m2阴极反应2H+ +2e=H 2当 pH=1 时其平衡电位Eec=-0.0591pH= -0.0591 1= -0.059 (V) 在腐蚀电位下，阴极反应过电位：c = Ecor Eec = -0.64 0.125 lg icor (V)所以 Ecor = -0.64 0.125 lg icor + Eec= -0.64 0.125( lg0.9606 10-4) 0.059= -0.707V (vs SHE)= -0.707V 0.242 = 0.949 (vs SCE)2.海水中的含氧量为 3.2mg/L, 求一年中锌的消耗量？（氧的扩散层厚度为10 2 cm ，扩散系数为 D=1.9

21、10-5 cm2 /s,Zn 的原子量为 65.4）。 解：由题知有：在海水中阴极反应为 :O2+2H2O+4e=4OH -在稳定条件时有： |ic|=Nf| dN |=nFD c cb sc 当 cs 减小到零时有 | ic |=id=nFD=426.8A.h/mol 1.9 10-5 cm2/s 3.2mg / L /10 2 cm32g / mol= 4 26.8 1.9 10-5 3.210-3/(32 10-4)3600 10 10-3=0.7332A/m 2 icor=id=0.7332A/m 2查表得 dZn=7.1g/cm 3Zn-2e=Zn 2+有腐蚀深度 Vp=8.76 V

22、dzn8.76 Ad nFicor8.76 65.4 0.7332 /(7.1 2 26.8)1.104mm/ aA2失重腐蚀速度 :V-=icor 65.4 0.7332/2 26.8 0.8956g / m2.hnF3 对如下两个电极系统：(a) Hg 0.1mol/L HCl(b) Pt 1mol/L H 2SO4 分别进行阴极极化，测量数据列于表1。要求：(1) 分别画出在汞电极上和铂电极上析氢反应的阴极极化过电位曲线。(2)图上求 Tafel 斜率 bc 和交换电流密度 i0。(3) 为了使电位偏离平衡电位 +10mV ，需要通入多大的外加极化电流 (取 n = 1)？ 比较两个电极

23、的极化性能。表 1 阴极极化实验数据 (25 C)极化电流密度 ic (A/m 2)极化电位 E (V, vs SCE)Hg 电极Pt 电极5103-0.53702.5103-0.4991- 10 -103-1.6164-0.45115102-1.5780-0.4040102-1.5085-0.336210-1.38151-1.2665解：(1)对于 Hg 电极有：阴极反应： 2H+2e-=H2 有 Y=0.796RT 2Eec= RT ln(2H )2 0.0591lg( 0.1 0.796)0.065(V )nF3当|ic|= 103 A/ 即 lg|ic|=3 时有y E Eec 1.6

24、164(VsSce) 0.065 ( 1.6164同理有：当 |ic|= 5 102 A/时， lg|ic|=2.7 时有：y 1.5780 0.242 0.064 1.272(V)当|ic|=102 时， lg|ic|=2, y 当|ic|=10 时， lg|ic|=1, y 当 |ic|=1 时， lg|ic|=0, y1.5085 0.242 0.0651.3815 0.242 0.0651.2665 0.242 0.0650.242) 0.065 1.311(V )1.202(V)1.080(V)0.961(V )对于 Pt 电极有 :2H+2e=H2, 当 H2SO4 为 1mol/

25、L 时 Y=0.13RT 2Eec=ln(2H )2 0.0591lg( 2 0.13) 0.035(V)nF当 |ic|=5 103A/ 即 lg|ic|=3 时有 :y E Eec 0.5370(VsSce) 0.035 ( 0.5370 0.242) 0.035 0.26(V ) 当|ic|=5 10 3时， lg|ic|=3.4, y 0.4991 0.242 0.035 0.222(V )当|ic|=103时， lg|ic|=3, y 0.4511 0.242 0.035 0.171(V )当|ic|= 5 102时， lg|ic|=2.7, y 0.3362 0.242 0.035

26、 0.059(V )2当|ic|=102 时， lg|ic|=2, y 0.3362 0.242 0.035 0.059(V)极化曲线如下：- 11 -0.0Hg 电 极 Pt 电 极-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.442 lgic / (A/ m )Tafel 斜率 bc ，截距为氢过电位 有：0.961)0.117(2) 由图知直线斜率即为对于 Hg-0.1mol/LHCl1.311 (30=0.117V斜率 Tafel 斜率 bc=- 当 |ic| 取 1 时有由塔菲尔公式：a。c= - 0.961V ，即氢过电位 a= - 0.961Vbc lg i 0，得：-0

27、.961= 0.117lg i 0则： lg i0 =-7.265即 i0 =5.4 10-8 A/m 2 对于 Pt-1mol/L H2SO4 有：0.112斜率 0.26 ( 0.176)3.75 3Tafel 斜率 bc=0.112 V当 |ic|取 1 时有 c= 0.180V ，即氢过电位 a= 0.180V 由塔菲尔公式： c bclgi0， 代入有： 0.180= -0.112lg i 0得 i0 =40.46A/ m 2(3 ) 当极化值 E=10mv 时，属于微极化范畴，由 Fanardy方程式 ： i= /Rf 对于 Hg-0.1mol/LHCl 有：Rf=RT/ (i0n

28、F)=8.314 298/(96500 10-7.265)=4.755105- 12 -iHg=/Rf =0.01/4.755 105 =2.1 10-8 A/m 2对于 Pt-1mol/L H2SO4 有：Rf=RT/ (i0nF)=8.314 298/(96500 101.607) =6.34610-4i Pt= /Rf =0.01/6.346 10-4=16 A/m24. 铂电极在充氧的中性水溶液中进行阴极极化，电极表面发生氧离子化反应。利用氧离子 化反应的动力学参数 (bc = 0.110V ，i0 = 1.19810-6 mA/cm 2 = 1.19810-5A/m2)，计算当 ic

29、 = 710-2 mA / cm 2时，阴极极化过电位 ，其中浓度极化过电位 浓和活化极化过电位 活各占多 大比例？扩散层厚度取 = 10 -2cm，水中溶解氧浓度为 3.2mg/L 。 比较氢电极反应和氧电极反应的阴极极化特征。3.2 10 3解： 浓度极化时有： Cb 3.2mg/L 3.2 10 3g/Lg/L 10 4mol/ L32g / mol极限扩散电流密度 idnFDC b时代入数据，则有：id20.733A / m24 26.8A / mol 1.9 10 5 10 4m2/h 3600 10 4 10 3mol/m32210 2 10 2 m yc浓 bclg(1 |ic

30、|) 0.110 lg(1 0.70.733) 0.525Vid活化极化时有：yc活bc lg | ic0 | 0.110 lg 0.7 5 0.110 lg( 0.58 105)0.525Vc i0 1.198 10 5阴极极化的过电位ycy 浓y 活0.148 ( 0.525) 0.673V有： Wyyc活0.525 100% 78%y活yc0.673Wy浓yc活yc0.1480.673100%22%其中活化极化占大部分，而氢电极主要受所以氧电极受浓度极化与活化极化共同控制， 活化极化控制。005. 一个活化极化控制腐蚀体系，阴极反应和阳极反应的交换电流密度为i c0 、 i a0 ；Ta

31、fel 斜率为 bc、 ba；腐蚀电位满足条件 Eea Ecor Eec。- 13 -设加入阴极性缓蚀剂，使阴极反应受到抑制，阴极反应交换电流密度改变为(ic0) 。假定其他参数都不改变，此时腐蚀电位负移到E cor，腐蚀电流密度下降到 i cor。(2) 用图解法求腐蚀电流密度的变化r = i cor / icor和腐蚀电位的变化 E = E cor Ecor。解：极化曲线如右图；由( 1)的极化曲线利用图解法求解得：在 ABC 中，1.2 直线段位两平行线，则有：ba tan CD ,bc tan CDDB ADba,bc 分别为未加入缓蚀剂时阳极反应和加入缓蚀剂后阴极反应的 Tafel

32、斜率：根据DBDBABABDBAD DBCDAB ( DCCD CDAD BD)1 AB,即 DB(bcbcbc由图可知有：DB(lg |icor| lg |icor|)(lg iicor ) 1,ABicor(lg |ic0 |lg|ic0 |)0ic 1 (lg 0 )ic(lg i cor ) 1 (icorCDcorADCDBDCDBD(lg|iic00|ic0|)1,lgicoricori 0bc balg iicc0,又bcEcor EcorCD CDBDBD,E Ecor Ecorbabcba bc0ic lg c 0icbabcbabc0ic lg c 0ic6. 一个阳极反应

33、受活化极化控制、阴极反应受浓度极化控制的腐蚀体系，阴极反应的极限扩散电流密度为i d，腐蚀电位为 Ecor。由于搅拌使阴极反应的极限扩散电流密度上升到 i d ，阳极反应参数不变；腐蚀电位正移到E cor。(1)(2 ) 解：(1)(2)作腐蚀体系的极化曲线图。 用图解法求腐蚀电位变化E = E cor Ecor。极化曲线如右图；由( 1)极化曲线可知，在 ABC 中AC阳极反应的 Tafel 斜率 ba tanAB- 14 -(1) 作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极化曲线图。腐蚀电位变化 E Ecor EcorAC ABtan(lg|id| lg |id |)tanbalg |iid |id |

34、第五章思考题：1. 交换电流密度的概念及意义， 与电极反应极化性能的关系； 过电位和电极反应速度的关系。 动 力学方程的一般表达式； Tafel 方程式的数学形式、图形表示以及适用条件；极限扩散电流密度 的计算。答：析氢腐蚀的阴极反应是氢离子的还原反应，发生电学腐蚀的条件是 Eea Eec，所以铜不可能发生析氢腐蚀生成 (2)由题意可知，铜的氧化反应为 Cu2 CN =Cu(CN)2 e 该电极反应的标准电位 E o =-0.446V 则铜氧化反应的平衡电位为o RTEea=E ln Cu(CN)2 /( CN CN )42 =-0.4460.0591lg10 /0.5=-0.647V在 PH

35、=10的除氧硫酸铜溶液中有 2H 2e = H2 析氢反应的平衡电位 Eec=0.0591 PH=-0.059110=-0.591V- 16 -由电位比较准则知 EecEea， 所以铜能发生析氢腐蚀。 其腐蚀倾向 E=Eec Eea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV2. (1) 推导氢电极反应交换电流密度 i0 与溶液 pH 值的关系式。(2) 在 1mol/L 盐酸溶液中， Fe表面上氢电极反应的 i0 = 2.5 10-6A/cm2 ，在 0.01mol/L 盐 酸溶液中 Fe表面上氢电极反应的 i0 = ?(取 Tafel 斜率 b = 0.118V) 。(3) 当

36、酸溶液的 pH 值改变一个单位，氢电极反应的 Tafel 公式中的 a 的绝对值 a 改变多 少伏？解：(1)由i o=nF kO CH exp(-Eec/ )两边同时去对数得lni=lnnF kO Cexp(-Eec/ )其中 Eec=2.3RT lg nF代入式中得=-2.3 PH2.3 lgi o =2.3lg(nF kO CH ) (2.3PH)/即 lgio= lg(nF k O C H )PH= lg(nF kO )PH PH 令 lg(nF kO )=k= 常数，取 =0.5则有 lgio=kPH0.5PH= k0.5PH 即氢电极反应交换电流密度 io与溶液 PH 值的关系式为

37、lgio=k0.5PH( 2)在 1mol/L HCl 溶液中：C (H )=1 mol/L PH=- lg H =-lg1=0o6又 lgio =k0.5PH lg(2.5 10 6 )=k0 得 k=-5.6当为 0.01mol/L HCl 溶液时- 17 -不考虑活度， H+ =0.01 mol/L PH=- lg H =-lg0.01=2olgio=k0.5PH=-5.6-0.5 2=-6.6o 6.6 7i o=10 =2.5 10 A/cm2考虑活度系数，在 1mol/L HCl 溶液中 H 活度系数为 0.809PH=-lg H =-lg0.809=0.092 又 lgio =k

38、0.5PH6lg(2.5 10 6 )=k050.092即 k=-5.556 在 0.01mol/L HCl 溶液中，活度系数为 0.9043PH=-lg H =-lg(9.04 10 )=2.044 lg i o =k 0.5PH=-0.556-0.5 2.044=-6.578o7i o =2.65 10A/cm26.6即在 0.01mol/L HCl 溶液中，不考虑活度系数 i o =10 =2.5 10 A/cm2，考虑活度系数 i o=2.65 10 7 A/cm2。3)PH 值改变一个单位时，a =0.118 lg i又 lgio =( k0.5pH)(k0.5 pH)=0.5(pH

39、PH)=0.5得 a =0.118 0.5=0.059V=59mV即当酸溶液 PH 值改变一个单位， 氢电极反应 Tafel 的公式中的 a- 18 -的绝对值 a 改变 59mV3. 钢制容器用作酸溶液的中间贮槽，与酸溶液接触的表面积为15m2，进入贮槽的酸溶液的工艺条件为：pH = 2.5，25 C，1atm，并含有 4.5mg/L 的溶解氧，流量 0.1m3/min 。 实验测出容器表面的腐蚀电位 Ecor = -0.54V(vsSCE) 。(1) 求钢容器的腐蚀速度。(2) 求流出的酸溶液中的氧含量。扩散层厚度取 = 5 10-3cm。解：(1)析氢反应 阴极 2H 2e = H 2o

40、 RTEec=E o RT ln H H /PH2 nF2.5=0.0591lg H =0.0591 lg10 2.5 =-0.148Vlg i o =-5.6020.5PH=-5.602-0.5 2.5=-6.852o 6.852 7即io=10=1.41 10A/cm2=Ecor0.242-Eec=-0.540.242(-0.148)=-0.15V由 =-0.118lg ic /ioic =io 100.15/ 0.118=1.410.15/0.11810=2.6 106A/cm2吸氧反应 O24H4e=2H2Oi d =nFD Cbb/=4965001.9510 (1.41710 )/(

41、5 103) 10=2.07 10A/cm2i =i iccor d=2.07 102.6 10=2.1 104A/cm2因 Vp=8.76V/d mm/y所以 Vp= 8.76/dkA inFcor8.767.9kA=inF5656 2.1 10 1053.6corg/(h)- 19 -=2.43 mm/y2）氧消耗速度为：(i S)/(Fn) 60A=(2.07 15)/(96500 4) 6032= 0.154 g/min 流入酸中的氧流量为 0.45 g/min所以剩余氧量为 0.45 0.154=0.296 g/min=2.96 mg/min 即钢容器的腐蚀速度为 Vp=2.43 m

42、m/y ，流出的酸溶液中的氧含量为 0.296 g/min，即为 2.96 mg/min。第六章1. 铁和两种不锈钢在除氧的 0.5mol/L 硫酸溶液中的钝化参数列于表1。（ 在不锈钢表面上析氢反应动力学参数采用铁的数据 ）（1）这三种体系的阳极反应电流峰值i p分别为多少？（2）如果要由通入氧气来使铁和不锈钢钝化，溶液中最少需要含有多少氧（mg/L） ？表 1 三种腐蚀体系的钝化参数材料溶液Ep (V)i 致 (mA/cm 2)Fe0.5mol/L H 2SO4+0.46200Cr25 不锈钢0.5mol/L H 2SO4-0.1825.4Cr25Ni3 不锈钢0.5mol/L H 2SO

43、4-0.112.0( 1)解：阴极反应： 2H+ + 2eH2 Eec 0.0591lg H查表可得：当硫酸溶液为 0.5mol/L 时， =0.154Eec=0.0591lg0.5 2 0.154= 0.048V又 a blgic ,其中 ic = icEP查表可得： a=-0.70V, b=0.125V .对于 Fe：EP Eec 0.46 0.048 0.508V- 20 - ic =ic =2.17 10-10 (A/c m2)2故 ip i致+ic =200 10 3 +2.17 10 10 200mA cm =0.2 A/c m2 . 对于 Cr25 不锈钢：EP Eec 0.18

44、 0.048 0.132V ic =ic =2.86 10-5 A/c m2 c c EP3 5 2 2 故ip i致+ i c EP =25.4 10 +2.86 10 2.53 10 A/c m2 . 对于 Cr25Ni3 锈钢 :EP Eec 0.11 0.048 0.062V-6 2 ic =ic =7.87 10-6 A/c m2 c c EP3 6 3 2 故ip i致+icEP=2 10 3 +7.87 10 6 210 3 A/c m2(2) 使铁和不锈钢钝化时应满足：i d ipb nFD c i p,即：cb查表可得： DpnFD1.9 105cmS ,F26.8A.h/m

45、ol,210 cm. 对于 Fe：20.2 10 2513 3600 10 因为氧含量不能达到 0.273mol/L, 不能使 Fe 钝化 .对于 Cr25 不锈钢bc nFD 4 26.8 1.9 100.273mol / L2b i p 2.54 10 2 c = 5 nFD 4 26.8 1.9 10133600 10要使 Cr25 不锈钢钝化，溶液中的氧含量至少应为 .对于 Cr25Ni3 不锈钢：3.46 102mol /L3.4610-2 mol/L32. 10 3133600 1032.73 10 mol /Lbc nFD 4 26.8 1.9 10要使 Cr25Ni3 锈钢钝化

46、，溶液中的氧含量至少应为 2.73 10-3mol/L2. 如果钝化体系的真实阳极化曲线与真实阴极极化曲线相交产生三个点时，为 什么会出现阴极极化电流现象？ 答：在自然腐蚀状态，金属可能发生活性溶解腐蚀，也可能钝化。在阳极极化过 程中由于发生析氧反应，使阴极电流密度 ic ia ，从而造成 i+ 0，表现为阴- 21 -极电流，所以实测阳极极化曲线上将出现一段阴极极化电流区。第七章1. 金属表面的膜具有保护性的条件是什么？（ 1）体积条件（ P-B 比），氧化物体积与消耗的金属体积之比大于 1 是氧化膜具 有保护性的必要条件。（2）膜有良好的化学稳定性，致密，缺陷少，蒸气压低。（3）生成的膜有

47、一定的强度和塑性，与基体结合牢固。否则，由于膜生长过程 中体积膨胀产生的内应力向能造成膜的破裂和剥离。（ 4）膜与基体金属的热膨胀系数差异少， 在温度急剧变化时不致造成膜的破裂。2. 提高合金抗高温氧化性能的途径有哪些？（1）按 Hauffe 原子价定律，加入适当合金元素，减少氧化膜中的缺陷浓度。（2）生成具有良好保护作用的复合氧化物膜。（3）通过选择性氧化形成保护性优良的氧化膜。（4）增加氧化物膜与基体金属的结合力。在耐热钢和耐热合金中加入稀土元素 能显著提高抗高温氧化性能。3. 已知 PdO 在 850 C 时的分解压力等于 500mmHg ，在该温度下 Pd 在空气中和 1atm 氧气

48、中是否能氧化？解：由题意得： 2PdO2=2PdO的分解压力 P = 500mmHg =0.658atmPdO 760mmHg（1）在（ 850273.15）K 时， 1atm中的自由焓变化为： G=RTln Ppdo =（8.314 （850273.15） ln 0.658 ）J/molPo2 1=-3909.86 J/mol=-3.91kJ/mol因为 P =1atm P=0.658atm ，所以 G=-3.91kJ/mol 0，根据自由焓准则知 Pd 在空气中不能被氧化。4. 已知锌发生高温氧化时的 P B 比等于 1.55，锌的密度为 7.1g/cm3。在 400 C 经过 120 小 时氧化，测出增重腐蚀速度为 0.063g/m2 hr。锌试样表面氧化膜的厚度等于多少？ 解：由题意得： 2Zn O2=2ZnOP-B比= Vmeo= Md(Mzno=81 A=56)Vme nAD1.55=(81 7.1g/cm3)/(1 56D)(D=5.7g/cm3)又有 V = W /(st)=0.063 g/( m2h)nAme根据 V = V16m可知V =W /(st)= (Sh D)/(St)=0.2559g/(h)1Zn发生氧化时减小的质量为 : W =Sh D