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实验一恒电位法测定阳极极化曲线一、目的1．了解金属活化、钝化转变过程及金属钝化在研究腐蚀与防护中的作用。2．熟悉恒电位测定极化曲线的方法。3．通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数。二、基本原理测定金属腐蚀速度、判断添加剂的作用机理、评选缓蚀剂、研究金属的钝态和钝态破坏及电化学保护，都需测量极化曲线。测量腐蚀体系的极化曲线，实际就是测量在外加电流作用下，金属在腐蚀介质中的电极电位与外加电流密度（以下简称电流密度）之间的关系。阳极电位和电流的关系曲线称为阳极极化曲线。为了判断金属在电解质溶液中采用阳极保护的可能性，选择阳极保护的三个主要技术参数–––致钝电流密度、维钝电流密度和钝化电位（钝化区电位范围）。必须测定阳极极化曲线。测量极化曲线的方法可以采用恒电位和恒电流两种不同方法。以电流密度为自变量测量极化曲线的方法叫恒电流法，以电位为自变量的测量方法叫恒电位法。一般情况下，若电极电位是电流密度的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是一致的。但是如果某种金属在阳极极化过程中，电极表面壮态发生变化，具有活化/钝化变化，那么该金属的阳极过程只能用恒电位法才能将其历程全部揭示出来，这时若采用恒电流法，则阳极过程某些部分将被掩盖，而得不到完整的阳极极化曲线。在许多情况下，一条完整的极化曲线中与一个电流密度相对应可以有几个电极电位。例如，对于具有活化/钝化行为的金属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的。由阳极极化曲线可知，在一定的电位范围内，金属存在活化区、钝化过渡区、钝化区和过钝化区，还可知金属的自腐蚀电位（稳定电位）、致钝电流密度、维钝电流密度和维钝电位范围。用恒电流法测量时，由自腐蚀电位点开始逐渐增加电流密度，当达到致钝电流密度点时金属开始钝化，由于人为控制电流密度恒定，故电极电位突然增加到很正的数值（到达过钝化区），跳过钝化区，当再增加电流密度时，所测得的曲线在过钝化区。因此，用恒电流法测不出金属进入钝化区的真实情况，而是从活化区跃入过钝化区。三、仪器及用品电化学工作站CHI660d铂电极饱和甘汞电极碳钢天平量筒烧杯电炉蒸馏水碳酸氢铵浓氨水浓硫酸氯化钠氯化钾无水乙醇棉花水砂纸U型管四、实验步骤1、琼脂-饱和氯化钾盐桥的制备烧杯中加入3g琼脂和97ml蒸馏水，使用水浴加热法将琼脂加热至完全溶解。然后加入30克KCl充分搅拌，KCl完全溶解后趁热用滴管或虹吸将此溶液加入已事先弯好的玻璃管中，静置待琼脂凝结后便可使用。2、溶液的配制（1）电解液的配置：(a)H2SO4溶液（0.5M）的配制：烧杯内放入475mL去离子水，加入浓硫酸25mL，搅拌均匀待用;(b)NH4HCO3-NH4OH溶液的配制：烧杯中放入700mL去离子水，加入160gNH4HCO3，65mL浓氨水，搅拌均匀。(c)饱和氯化钠溶液的配制。3、操作步骤图1恒电位极化曲线测量装置（1）用水砂纸打磨工作电极表面，并用无水乙醇棉擦试干净待用。（2）将辅助电极和研究电极放入极化池中，甘汞电极浸入饱和KCl溶液中，用盐桥连接二者，盐桥鲁金毛细管尖端距离研究电极1～2mm左右。按图1连接好线路并进行测量。（3）测碳钢在H2SO4溶液和NH4HCO3-NH4OH溶液中的开路电压，稳定5min。（4）在-0.9V和1.2V(相对饱和甘汞电极：SCE)，以0.05，0.01和0.005Vs-1的扫描速度测定碳钢在H2SO4溶液和NH4HCO3-NH4OH溶液中阳极极化曲线。（5）存储数据，转化为TXT文本，用ORIGIN软件做图。五、结果及数据处理1．绘制碳钢在H2SO4溶液和NH4HCO3-NH4OH溶液中阳极极化曲线；2．指出碳钢在H2SO4溶液和NH4HCO3-NH4OH溶液中进行阳极保护的三个基本参数。六、思考题1．不同的恒电位扫描速度对阳极极化曲线有何影响？实验中那个扫描速度为最佳？恒电压法和恒电流法有何不同？2．不同的电解质溶液对阳极极化曲线有何影响？3．阳极极化曲线对实施阳极保护有何指导意义？4．极化曲线测量对研究电极、辅助电极、参比电极和盐桥的要求是什么？实验二塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度一、目的1．掌握塔菲尔直线外推法测定金属腐蚀速度的原理和方法。2．测定低碳钢、不锈钢、铜、在1MHAc+1MNaCl混合溶液中腐蚀电流密度ic、阳极塔菲尔斜率ba和阴极塔菲尔斜率bc。3．对活化极化控制的电化学腐蚀体系在强极化区的塔菲尔关系加深理解。二、实验原理金属在电解质溶液中腐蚀时，金属上同时进行着两个或多个电化学反应。例如铁在酸性介质中腐蚀时，Fe上同时发生反应：Fe→Fe2++2e2H++2e→H2在无外加电流通过时，电极上无净电荷积累，即氧化反应速度ia等于还原反应速度ic,并且等于自腐蚀电流Icorr,与此对应的电位是自腐蚀电位Ecorrr。如果有外加电流通过时，例如在阳极极化时，电极电位向正向移动，其结果加速了氧化反应速度ia而拟制了还原反应速度ic,此时，金属上通过的阳极性电流应是：Ia=ia-|ic|=ia+ic同理，阴极极化时，金属上通过的阴极性电流Ic也有类似关系。Ic=-|ic|+ia=ic+ia从电化学反应速度理论可知，当局部阴、阳极反应均受活化极化控制时，过电位（极化电位）η与电流密度的关系为：ia=icorrepx(2.3η/ba)ic=-icorrexp(-2.3η/bc)所以Ia=icorr[exp(2.3η/ba)-exp(-2.3η/bc)]Ic=-icorr[exp(-2.3η/bc)-exp(2.3η/ba)当金属的极化处于强极化区时，阳极性电流中的ic和阴极性电流中的ic都可忽略，于是得到：Ia=icorrexp(2.3η/ba)Ic=-icorrexp(-2.3η/bc)或写成：η=-balgicoor+balgiaη=-bclgicorr+bclgic可以看出，在强极化区内若将η对lgi作图，则可以得到直线关系，该直线称为塔菲尔直线。将两条塔菲尔直线外延后相交，交点表明金属阳极溶解速度ia与阴极反应（析H2）速度ic相等，金属腐蚀速度达到相对稳定，所对应的电流密度就是金属的腐蚀电流密度。实验时，对腐蚀体系进行强极化（极化电位一般在100～250mV之间），则可得到E–lgi的关系曲线。把塔菲尔直线外延至腐蚀电位。lgi坐标上与交点对应的值为lgic,由此可算出腐蚀电流密度icorr。由塔菲尔直线分别求出ba和bc。影响测量结果的因素如下：（1）体系中由于浓差极化的干扰或其他外来干扰；（2）体系中存在一个以上的氧化还原过程（塔菲尔直线通常会变形）。故在测量为了能获得较为准确的结果，塔菲尔直线段必须延伸至少一个数量级以上的电流范围。三、仪器和用品电化学工作站CHI660d铂电极饱和甘汞电极碳钢不锈钢铜天平量筒烧杯电炉蒸馏水乙酸U型管氯化钠氯化钾无水乙醇棉花水砂纸四、实验步骤1、琼脂-饱和氯化钾盐桥的制备烧杯中加入3g琼脂和97ml蒸馏水，使用水浴加热法将琼脂加热至完全溶解。然后加入30克KCl充分搅拌，KCl完全溶解后趁热用滴管或虹吸将此溶液加入已事先弯好的玻璃管中，静置待琼脂凝结后便可使用。2、电解液的配制：(a)1MHAc+1MNaCl溶液的配制：烧杯中放入1000mL去离子水，加入59gNaCl，60g乙酸溶液，搅拌均匀。(b)饱和氯化钠溶液的配制。3、操作步骤（1）用水砂纸打磨工作电极表面，并用无水乙醇棉擦试干净待用。（2）将辅助电极和研究电极放入极化池中，甘汞电极浸入饱和KCl溶液中，用盐桥连接二者，盐桥鲁金毛细管尖端距离研究电极1～2mm左右。按图1连接好线路并进行测量。图1恒电位极化曲线测量装置（3）测碳钢，不锈钢，铜在1MHAc+1MNaCl溶液中的开路电压，稳定5min。（4）在-0.9V和1.2V（在开路电压正负400mV区间内，相对饱和甘汞电极：SCE)，以0.01，0.008和0.005Vs-1的扫描速度测定碳钢，不锈钢，铜在1MHAc+1MNaCl溶液中的Tafel曲线。（5）存储数据，转化为TXT文本，用ORIGIN软件做图。五、结果处理1、绘制碳钢，不锈钢，铜在1MHAc+1MNaCl溶液中不同扫描速度的Tafel曲线，随着电位的升高，发生的电极反应分别是什么？2、根据阴极极化曲线的塔菲尔线性段外延求出碳钢、不锈钢、铜的腐蚀电流和腐蚀电位，并进行比较。3、分别求出腐蚀电流密度ic、阴极塔菲尔斜率bc和阳极塔菲尔斜率ba。六．思考题1、电化学反应过程主要有哪几种极化？Tafel曲线的适用条件是什么？2、从理论上讲，阴极和阳极的塔菲尔线延伸至腐蚀电位应交于一点，实际测量的结果如何？为什么？3、不同扫描速度的Tafel曲线有何差异？为什么？