铁的极化曲线的测定

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1Fe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FeFe2++2e(1)2H++2eH2(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=-IH≠0。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2Fe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。0.1mol•L-1、1mol•L-1H2SO4溶液；1mol•L-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“OpenCircuitPotential-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“LinearSweepVoltammetry”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（InitE）设为“-1.0V”，终态电位（FinalE）设为“2.0V”，扫描速率（ScanRate）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0.1mol•L-1和1mol•L-1H2SO4溶液，1.0mol•L-1HCl溶液及含1%乌洛托品的1.0mol•L-1HCl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（υ）。数据处理υ＝3600Mi/nF其中：υ－腐蚀速度（g•m-2•h-1）；i－钝化电流密度（A•m-2）；M－Fe的摩尔质量（g•mol-1）；F－法拉第常数（C•mol-1）；n－发生1mol电极反应得失电子的物质的量。数据处理1.测定前仔细了解仪器的使用方法。2.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）分析H2SO4浓度对Fe钝化在影响。比较盐酸溶液中加和不加乌洛托品，Fe电极上自腐蚀电流的大小。Fe在盐酸中能否钝化，为什么?（3）测定钝化曲线为什么不采用恒电流法?（4）如果对某种体系进行阳极保护，首先必须明确哪些参数?思考题