实验二 铁的极化曲线的测定

实验二铁的极化曲线的测定
一、实验目的
1、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，求得Fe的自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝化电流等参数。

2、了解Cl-离子，缓蚀剂等因素对铁电极极化的影响。

3、讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。

二、实验原理
1、铁的极化曲线：
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
Fe →Fe2++2e (1)
2H++2e →H2(2)
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。

当电极不与外电路接通时，其净电流为零。

即I corr=I Fe=-I H≠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：
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。

符合公式：
2、铁的钝化曲线：
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。

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。

图3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。

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的方法。

·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。

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。

三、仪器和药品
仪器LK2005A电化学工作站（天津兰力科公司）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；
试剂0.1mol/L、1mol/LH2SO4溶液；1mol/LHCl溶液；乌洛托品（缓蚀剂）。

四、实验步骤
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LK2005A型电化学工作站的窗口；
（2）安装电极，使电极进入电解质溶液中，将绿色夹头夹Fe电极，红色夹头夹Pt片电极，黄色夹头夹参比电极；
（3）测定开路电位。

选中恒电位技术中的“开路电位—时间”实验技术，双击选择参数，可用仪器默认值，点击“确认”。

点击“►”开始实验，测得的开路电位即为电极的自腐蚀电势Ecorr；
（4）开路电位稳定后，测电极极化曲线。

选中“线性扫描技术”中的“塔菲尔曲线”实验技术，双击。

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，初始电位设为“-1.0V”，终止电位设为“2.0V”，扫描速度设为“0.1V/s”，其它可用仪器默认值，极化曲线自动画出。

3、按1、2步骤分别测定Fe电极在0.1 mol/L和1mol/LH2SO4溶液，1.0 mol/LHCl 溶液及含1%乌洛托品的1.0 mol/L HCl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。

五、数据处理
（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的腐蚀速率（υ）。

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。

六、注意事项
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。

七、思考题
（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?。