金属腐蚀与防护课后习题 陈颖敏 李志勇编

(icorr单位：µA•cm-2)

第一章（p12)

5.已知铁在一定介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2,求其腐蚀速度V-和Vt（铁=7.87g/cm2）。铁在此介质中是否发生腐蚀。

解：

可见,Vt在0.05～0.5mm/a,由表1-3知，Cu的耐蚀性良好。7.表面积为20cm2的铜试样，试验前称重为41.5334g，放入一定介质中2h（生成Cu2O)，去除腐蚀产物后，称其重为41.5330g。试用耐蚀性四级标准评定铜的耐蚀性。解：第二章（P31)

解：在无氧酸中，E0Cu2+/Cu=+0.337>E02H+/H2=0Cu不发生腐蚀；在含氧酸中，E0Cu2+/Cu

<E0

O2/H2O=+1.229(V)Cu可能发生腐蚀。11.已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位：问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀？CuCu2++2eH22H++2e2H2OO2+4H++4e

解：25℃时，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15,KH2O=1.01×10-14

E0Fe2+/Fe=－0.44VEO2/OH-=+0.815V

首先求出EFe2+/Fe

阳极反应：FeFe2++2e

阴极反应：O2+2H2O+4e4OH-

次生反应：Fe2++2OH-Fe(OH)2

总反应：Fe+H2O+O2

Fe(OH)2

因为Fe(OH)2是难溶化合物，25℃时

Ksp[Fe(OH)2]＝1.65×10-15

KH2O=1.01×10-1412.试判断铁在25oC，中性溶液中是否可能发生耗氧腐蚀。

因为，EO2/OH-=+0.815(V)

EO2/OH-

>EFe2+/Fe

E电=+0.815-(-0.463)=+1.278(V)>0

故发生耗氧腐蚀。

13.铜电极和氢电极（PH2=2atm）浸在Cu2+

活度为1且pH=1的CuSO4溶液中组成电池，25°C，求该电池的电动势，并判断电池的极性。解：已知E0Cu=+0.337V,aCu=1

已知PH2=2atm,pH=1(aH=10-1)

E电=+0.337-(-0.029)=+0.3665(V)铜电极为正极，氢电极为负极。第三章（P50)解:已知pH=2,Ecorr=-0.64V(相对饱和Cu/Cu2+）饱和Cu/Cu2+的E=+0.32V

故Ecorr=-0.64+0.32=-0.32V(SHE)

E

0,C=EH+/H2=-0.059pH=-0.0592=-0.118(V)ηC=Ecorr-E

0,C

=-0.32-(-0.118)=-0.202(V)

根据η=0.7+0.1lgi

可求出lgicorr8.低碳刚在pH＝2的无氧水溶液中，腐蚀电位为-0.64V（相对饱和Cu/CuSO4电极）。对于同样钢的氢过电位（单位为V）遵循下列关系：η＝0.7+0.1lgi，式中i的单位为A·cm-2。假定所有钢表面近似作为阴极，计算腐蚀速度（mm·a-1)。

9.25°C时，浓度为0.5M的硫酸溶液以0.2m/s的流速通过铁管，假定所有铁表面作为阴极，Tafel斜率为±0.100V，而且Fe/Fe2+和氢在铁上的交换电密分别为10-3A/m2

和10-2A/m2

，求铁管的腐蚀电位和腐蚀速度。按[Fe2+]=10-6M估算已知C=0.5M,b=0.100V,iFe0=10-3A/m2

iH0=10-2A/m2

因不知icorr,所以忽略a,可用E0,a

估算

Ecorr,即E0,a

=EcorrEFe=E0Fe

解：求出此腐蚀体系中阳、阴极反应的平衡电位。阳极反应:FeFe2++2e

已知，EFe2+/Fe=-0.44(V),3%NaCl溶液为中性，pH=7,[OH-]=10-7M,Fe2+与OH-相遇，当[Fe2+][OH-]2>Ksp[Fe(OH)2]时会生成Fe(OH)2沉淀:Fe2++2OH-=Fe(OH)2

已知，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15

即[Fe2+][OH-]2=1.65×10-1510.25oC时，铁在3％NaCl水溶液中腐蚀，欧姆电阻很小，可忽略不计。测得其腐蚀电位Ecorr＝-0.544V（SCE)，试计算该腐蚀体系中阴、阳极控制速度。Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15，EFe2+/Fe=-0.44(V)阴极反应为：O2+H2O+4e4OH-

大气中PO2=0.21atm已知E0O2/OH-=+0.401V(SHE)

所以

因为测得Fe在该腐蚀体系中的Ecorr=-0.544(SCE)

而饱和甘汞电极的电位为0.242V(SHE)

故Ecorr=-0.544+0.242=-0.302V(SHE)

（需将Ecorr(SCE)换成Ecorr(SHE））

阴、阳极控制程度：

阴极：阳极：可得在Ecorr下阴、阳极过电位：

ηc

=EO2/OH-Ecorr=0.805–(-0.302)=1.107(V)

ηa

=Ecorr-EFe2+/Fe=-0.302–(-0.463)=0.161(V)11.下列数据为钢样在约10mol/LHCl溶液中（有缓蚀剂）的电流－电位关系。作i－E和lgi－E图，写出阴极反应和阳极反应，分别求其交换电流密度（溶液中的Fe2＋＝10-1mol/L），确定钢在HCl溶液中的腐蚀电位和腐蚀电流，并求出腐蚀速度。阴极极化：+E（mV,对SCE)406410420430440450460i（A/cm2)02.25.61424344447048049050051052054667889104119-E（mV,对SCE)406404400396390380370i（A/cm2)02.55.27.711.4223436035034033032031030029028047577282102120140161186阳极极化：11.解：

E－i图和E－lgi

图

阴极反应：2H++2eH2

阳极反应:FeFe2++2e

由E－lgi

图可知

Ecorr=–406mv与之相应的lgi=1.3

所以icorr=20(μA/cm2)图第四章（P62）

解：因为EH+/H2=-0.059pH=-0.413(V)(pH=7)EO2/OH-=1.229-0.059pH=+0.814(V)(pH=7)

要发生析H2腐蚀，必须EH+/H2

>ECu2+/Cu，但EH+/H2

<

ECu2+/Cu,故不发生析H2腐蚀。而EO2/OH-

>

ECu2+/Cu,符合耗氧腐蚀条件，故可发生耗氧腐蚀。

9.已知ECu2+/Cu=+0.34V（25oC），在溶液中，为什么铜可能发生耗氧腐蚀，并不会发生析氢腐蚀？阴极反应：2H++2eH2

EH+/H2

=-0.059pH

=-0.413（V）(pH=7)显然,EH+/H2

>EFe2+/Fe

，会发生析H2腐蚀。

解：阳极反应：FeFe2++2e(25℃)

10.在中性溶液中，Fe2+浓度为10-6M，温度为25oC,在此条件下铁是否发生析氢腐蚀(25℃)解：阳极反应：SnSn2++2e阴极反应：2H++2eH2

EH+/H2

=－0.059pH=－0.413(V)(pH=7)EH+/H2<ESn2+/Sn

不可能发生析H2腐蚀，如欲发生析H2腐蚀,必须EH+/H2

>ESn2+/Sn

即－0.059pH>－0.313，

pH<－0.313/(－0.059),pH<5.3

所以Sn在pH<5.3的溶液中才发生析H2腐蚀。11.在pH=7的中性溶液中，Sn2+=10-6mol/L，温度为25oC，试问Sn是否发生析氢腐蚀？并求Sn在此条件下发生的析氢腐蚀的最大pH值。12.解：12.已知在5oC的海水中氧的溶解度约为10mg/L(0.3mol/m3),氧在水中的扩散系数10-9m2/s，若扩散层有效厚度取0.1mm，计算氧的极限扩散电流。第五章（P78)解：已知

8.铁在0.5MH2SO4硫酸中稳态钝化电流密度为7A/cm2,计算每分钟又多厚的原子从光滑的电极表面上溶出.

解：氧去极化腐蚀的极化曲线，欲求阴极保护所需的最小初始电密，即求iL,

(iL=icorr)

已知，V-=2.5g·m-2·d-1=0.10g·m-2·d-1

9.铁在海水中以2.5g/m2d的速度腐蚀,假设所有的腐蚀为氧去极化,计算达到阴极保护所需要的最小初始电密(A/m2).Fig由

得或10.解：已知E0Cu2+/Cu

＝0.337V(相对SHE)

ESCE=0.242V(相对SHE)

所以，ECu2+/Cu

＝0.308-0.242

＝0.066V(SCE)

即，相对于SCE的铜电极的初始电位（开路）x0.308VSHE,EH=0SCEE=0.242VE—lgi

Fig.E—i

Fig.icorriEE0,O2E0,FeiL补充题：

1.铅试样浸入pH=4、温度40C、已除氧的酸性溶液中，计算Pb2+能达到的最大浓度。并说明铅试样是否发生了腐蚀。解：阴极反应：2H++2e=H2

阳极反应：Pb=Pb2++2e

当E0a=E0c，Pb2+的活度达到最大。因因为此值大于10-6mol/L，所以铅试样发生了腐蚀，但腐蚀不能继续下去。溶液中Pb2+的最大活度为1.1610-4mol/L。查PbCl2的活度系数，当浓度为10-4时，a=0.964，因此得Pb2+的最大浓度约为1.210-4mol/L。

2.钝化理论与分析（小论文）

3.Fe试样在0.5mol/LH2SO4溶液中(H+=0.154mol/L)发生析氢腐蚀，实验测出其腐蚀电位为Ecor=-0.462V(vsSCE)。已知阴极反应符合Tafel公式：

式中c的单位为V，ic

的单位为A/cm2。

当阳极极化E=0.03V，测得极化电流i+=0.14A/cm2。

求自然