95电极电位及极化曲线测定

LOGO实验二十七、电极电位及极化曲线测定（4学时）目录实验目的1实验原理2实验仪器和材料3实验步骤4实验结果与思考题5实验目的掌握电极电位的测定方法了解金属材料及环境介质对电极电位的影响掌握测量电极极化曲线的方法实验原理1电极电位的定义浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的导体称为电极。当金属与电解质溶液接触时，在金属/溶液界面处将产生电化学双电层，此双电层的金属相与溶液相之间的电位差称为电极电位。单个电极上双电层电位差的绝对值，即当个金属的绝对电位无法测定。但两个绝对电极电位之差（即相对电极电位）是可以精确测量的。只要参比电极的电极电位（作为比较基准的电极电位）是稳定不变的，那么就可以测定所研究电极电位的相对值。实验原理2电极电位的测量技术金属腐蚀研究中的电极电位测量一般有两类：1）测量腐蚀体系无外加电流作用时的自然腐蚀电位及其随时间的变化；2）测量金属在外加电流作用下的极化电位及其随时间的变化。电极电位的测量比较简单，但技巧性强。除了研究电极外，还需要一个参比电极、电位测量仪和电解池。可以采用各种形状和尺寸的金属试样，这对电位测量结果几乎没有影响，但试样的表面状态（如洁净度、膜状态）则有显著影响。测量电极电位时，必须保证由研究电极和参比电极组成的测量回路中无电流流过，或流过的电流小到可以忽略的程度，否则将由于电极本身的极化和溶液内阻上产生的欧姆电压降而引起测量误差。因此电位测量仪器应具有很高的输入阻抗。稳定可靠的参比电极是保证准确测量电极电位的另一重要条件，参比电极是一种可逆的电极体系，在规定条件下具有稳定重现的可逆电极电位。参比电极与研究电极之间的溶液的欧姆降必定也会给电位测量带来误差，在高电阻率溶液或较大电流通过的情况下，这种误差更为显著。消除欧姆降一般可以采用下列方法之一：使鲁金毛细管尽量接近研究电极表面；调节鲁金毛细管相对研究电极于不同距离处测量电极电位，外推到距离为零，即为消除欧姆降影响的电位值；用高频电导仪预先测定鲁金毛细管与研究电极之间的溶液电阻，然后按外加电流计算修正欧姆降影响；用断电流法消除欧姆降；用桥式电路测量电极电位；采用背侧鲁金毛细管；采用可自动补偿欧姆降的电子电路。在外加电流作用下，电极电位发生变化的现象称之为电极的极化，电极电位与电流（电流密度）的关系曲线称之为极化曲线。从极化曲线的形状可以看出电极极化的程度，从而判断电极反应过程的难易。极化曲线的测定及分析是揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀的措施的基本方法之一。极化曲线测量技术一般可以分为两类：控制电流法(恒电流法)，以电流为自变量，测量相应的电极电位随电流变化的函数关系，包括充电曲线法和断电流法（电极电位—时间曲线）；控制电位法（恒电位法），以电位为自变量，测量相应的电流随电位变化的函数关系。实验原理3极化曲线测量控制电流法和控制电位法各有特点和适用范围。前者简单易行，主要用于一些不受扩散控制的电极过程和整个过程中电极表面状况不发生很大变化的电化学反应；后者一般用于研究一些在电极过程中表面发生很大变化的电极反应，如具有活化—钝化转变行为的阳极极化曲线。极化曲线的测定需要同时测量研究电极上流过的电流和电极电位，因此一般采用三电极体系，即由极化电源、电流与电位检测、电解池与电极系统构成两个回路：极化电路（电流测量回路）和电位测量回路。电流检测电位检测○初级电源○○（电流检测电位检测○初级电源○○（稳态极化测量最基本的极化电源是恒电位仪。测定动电位极化曲线的动态扫描测试系统由恒电位仪、信号发生器、记录仪等组成，现在一般使用恒电位与计算机联机使用，配合适当的测试软件进行自动测试。图1极化曲线测试示意图实验仪器和材料1、实验仪器：直流数字电压表、恒电位仪、电化学测试系统、烘箱、游标卡尺、极化池、饱和甘汞电极、铂金电极、铜电极、碳钢电极、搅拌器等；2、化学试剂：NaCl、NaOH等。实验步骤1实验溶液的配制1)用去离子水配制3.5%NaCl溶液2)用去离子水配制10%NaOH溶液2电极电位的测量按照附录1的方法制备铜电极和碳钢电极，用游标卡尺测定电极暴露面积（1cm2左右），待用。分别采用直流数字电压表和恒电位仪（附录2）测定铜、碳钢电极在氯化钠和氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位。3极化曲线的测定1)打开电化学测试系统，预热10分钟。2)准备好电解池，以铜电极为研究电极、铂金电极为辅助电极、饱和甘汞电极为参比电极，分别将其与测试系统对应的接线柱相连，此时系统恒电位仪上显示的即为体系的开路电位（自腐蚀电位）。3)按启动测试系统软件，设置电解池参数，选择动电位扫描测试方法。取文件名，设定起始扫描电位为相对开路电流-200mV，终止电位相对开路电位1.0V，扫描速度为0.66mV/s（扫描周期1200s），实验结束条件选中“实验结束”选项。按开始按钮，同时将恒电位仪面板上的极化按钮打至极化，测试开始。测试结束后，可以使用Origin软件对数据进行处理。4)同样步骤分别测试扫描速度1mV/s、2mV/s铜电极试样的极化曲线。5)采用碳钢作为研究电极进行同样的测试。6)同样的步骤，测定采用搅拌后的极化曲线。7)测试结束，依次关闭恒电位仪、推出测试系统。实验结果与思考题1、记录不同的介质/材料的自腐蚀电位，分析影响因素有哪些？2、比较各自极化曲线的不同，讨论扫描速度和外加搅拌对极化曲线影响？