试验12阴极阳极极化曲线的测定及应用
1.阴极极化曲线的测量
北京理工大学能源与化学工程实验预习报告姓名班级学号实验日期2016年 4 月 27 日指导教师____________________ 同组姓名成绩_______________实验名称阴极极化曲线的测量一、实验目的1.掌握测量极化曲线的基本原理和测量方法2.测定铁电极在碱性溶液中的阴极极化曲线3.学会根据极化曲线分析溶液中添加剂作用的方法二、实验内容和原理在电化学研究中，很多电化学反应表现在电极的计划上，因此测量电极的极化曲线是很重要的研究方法。
在电流通过电极与电解液界面时，电极电位将偏离平衡电极电位，当电位向负向偏离时，称之为阴极极化，向正向偏离时，称之为阳极极化。
在电镀工艺中，用测定阴极极化的方法研究电镀液各组分及工艺条件对阴极极化的影响，而阳极极化可用来研究阳极行为或腐蚀现象。
所谓极化曲线就是电位与电流密度之间的关系曲线。
测量极化曲线的方法分为恒电流法和恒电位法，而每种方法又可分为稳流法和暂态法。
本实验是测量在碱性镀锌溶液中，香草醛光亮对阴极极化的影响。
三、主要仪器设备1.实验仪器CHI电化学工作站1台，电解池1个。
2.试剂及材料ZnO，NaOH，香草醛，低碳钢电极(表面积为1cm2)，铂片电极1块，硫酸亚汞电极1个。
四、操作方法与步骤本实验采用CHI电化学工作站中的线性电位扫描法分别测量以下两种电解液中的阴极极化曲线：（1）ZnO 12g/L+NaOH 120g/L（2）ZnO 12g/L+NaOH 120g/L+香草醛 0.2g/L扫描速度：2mV/s；电位扫描范围：-1.18～ -2.18V。
1.接好线路。
2.测量阴极极化曲线（1）研究电极为低碳钢电极，表面积为1cm2(注意测试面积一定要准确，不测部分要用绝缘漆涂好)。
将待测的电极用金相砂纸打磨，除去氧化膜，用丙酮洗涤涂油。
再用脱脂棉蘸酒精擦洗，用蒸馏水冲洗干净，再用滤纸吸干，放进电解池中。
（2）电解池中的辅助电极为铂电极，参比电极为硫酸亚汞电极。
电化学工作站测极化曲线
应用电化学实验本课程安排4个综合实验，每个实验4个学时，共16个学时，按照10人一组分别进行。
自编实验讲义。
实验仪器有：分析天平；直流稳压稳流电源；电化学工作站；恒温水浴；饱和甘汞电极；鲁金毛细管；H 型电解槽；Pt 电极；电解槽；赫尔槽；电力搅拌器、磁力搅拌器；pH 计。
实验1：极化曲线的测定实验内容：测定Ni 2+离子、Co 2+离子单金属电沉积、以及Ni-Co 合金共电沉积的稳态阴极极化曲线。
一、 实验目的1.掌握三电极体系装置和电化学工作站的应用。
2.掌握用线性电位扫描法测量极化曲线的原理和实验方法，学会从极化曲线上分析电极过程特征。
2.测定金属电沉积的阴极极化曲线。
3.学会数据的分析和处理。
二、 实验原理研究电极过程的基本方法是测定极化曲线。
电极上电势随电流密度变化的关系曲线称为极化曲线。
极化曲线表示了电极电位与电流密度之间的关系，从极化曲线上可以求得任一电流密度下的过电势（超电势），看出不同电流密度时电势变化的趋势，直观地反映了电极反应速度与电极电势的关系。
在某一电流密度下极化曲线的斜率i ∆∆ϕ称为极化度（极化率），极化度的大小可以衡量极化的程度，判断电极过程的难易。
极化度小，电极过程容易进行；极化度大，电极过程受到较大阻碍而难以进行。
从极化曲线还可求电极过程动力学参数，如交换电流密度i 0、电子传递系数α、标准速度常数、以及扩散系数；还可以测定反应级数、电化学反应活化能等。
被控制的变量电极电位是随时间连续线性变化的。
随时间连续线性变化的电位可用线性方程表示：Vt i +=ϕϕ；其中：ϕ——扫描电位，t ——扫描时间，V ——扫描速度，i ϕ——扫描起点电位。
常以研究电极相对于参比电极的开路电位作为扫描的起点电位。
扫描电位与时间的关系如图1所示。
图1 电位与时间的关系三、实验仪器、测量线路及试剂1. 实验主要仪器：电化学工作站、计算机、H电解槽，铜丝电极（研究电极），箔片（辅助电极），饱和甘汞电极（参比电极）、Luggin毛细管。
极化曲线的测定
极化曲线的测定极化曲线的测定⼀、实验⽬的掌握恒电位测定极化曲线的⽅法，测定碳钢（圆型钢筋）在碱性溶液中的恒电位阳极极化曲线及其极化电位。
⼆、实验原理实际的电化学过程并不是在热⼒学可逆条件下进⾏的。
在电流通过电极时，电极电位会偏离其平衡值，这种现象称为极化。
在外电流的作⽤下，阴极电位会偏离其平衡位置向负的⽅向移动，称为阴极极化；⽽阳极电位会偏离其平衡位置向正的⽅向移动，称为阳极极化。
在电化学研究中，常常测定极化曲线，即电极电位与电流密度的关系。
铁在硫酸溶液中典型的阳极极化曲线如图23.1所⽰，该曲线分为四个区域：电流密度i 阳极电位φ+图23.1 阳极极化曲线1．从点a 到点b 的电位范围称⾦属活化区。
此区域内的ab 线段是⾦属的正常阳极溶解，以铁电极为例，此时铁以⼆价形式进⼊溶液，即Fe → Fe 2+ + 2e-。
a 点即为⾦属的⾃然腐蚀电位。
2．从b 点到c 点称为钝化过渡区。
bc 线是由活化态到钝化态的转变过程，b 点所对应的电位称为致钝电位，其对应的电流密度ib 称为致钝电流密度，此时Fe 2+离⼦与溶液中的-24SO 离⼦形成4FeSO 沉淀层，阻碍了阳极反应进⾏，导致电流密度开始下降。
由于+H 不容易到达4FeSO 沉淀层的内部，因此铁表⾯的pH 逐步增⼤。
3．从c 点到d 点的电位范围称为钝化区。
由于⾦属表⾯状态发⽣变化，阳极溶解过程的过电位升⾼，⾦属的溶解速率急剧下降。
在此区域内的电流密度很⼩，基本上不随电位的变化⽽改变。
此时的电流密度称为维持钝化电流密度i m 。
对铁电极⽽⾔，此时32O Fe 在铁表⾯⽣成，形成致密的氧化膜，极⼤地阻碍了铁的溶解，出现钝化现象。
4.de 段的电位范围称为过钝化区。
在此区阳极电流密度⼜重新随电位增⼤⽽增⼤，⾦属的溶解速度⼜开始增⼤，这种在⼀定电位下使钝化了的⾦属⼜重新溶解的现象叫做过钝化。
电流密度增⼤的原因可能是产⽣了⾼价离⼦（如，铁以⾼价转⼊溶液），或者达到了氧的析出电位，析出氧⽓。
1.阴极极化曲线的测量
北京理工大学能源与化学工程实验预习报告姓名班级学号实验日期2016年 4 月 27 日指导教师____________________ 同组姓名成绩_______________实验名称阴极极化曲线的测量一、实验目的1.掌握测量极化曲线的基本原理和测量方法2.测定铁电极在碱性溶液中的阴极极化曲线3.学会根据极化曲线分析溶液中添加剂作用的方法二、实验内容和原理在电化学研究中，很多电化学反应表现在电极的计划上，因此测量电极的极化曲线是很重要的研究方法。
在电流通过电极与电解液界面时，电极电位将偏离平衡电极电位，当电位向负向偏离时，称之为阴极极化，向正向偏离时，称之为阳极极化。
在电镀工艺中，用测定阴极极化的方法研究电镀液各组分及工艺条件对阴极极化的影响，而阳极极化可用来研究阳极行为或腐蚀现象。
所谓极化曲线就是电位与电流密度之间的关系曲线。
测量极化曲线的方法分为恒电流法和恒电位法，而每种方法又可分为稳流法和暂态法。
本实验是测量在碱性镀锌溶液中，香草醛光亮对阴极极化的影响。
三、主要仪器设备1.实验仪器CHI电化学工作站1台，电解池1个。
2.试剂及材料ZnO，NaOH，香草醛，低碳钢电极(表面积为1cm2)，铂片电极1块，硫酸亚汞电极1个。
四、操作方法与步骤本实验采用CHI电化学工作站中的线性电位扫描法分别测量以下两种电解液中的阴极极化曲线：（1）ZnO 12g/L+NaOH 120g/L（2）ZnO 12g/L+NaOH 120g/L+香草醛 0.2g/L扫描速度：2mV/s；电位扫描范围：-1.18～ -2.18V。
1.接好线路。
2.测量阴极极化曲线（1）研究电极为低碳钢电极，表面积为1cm2(注意测试面积一定要准确，不测部分要用绝缘漆涂好)。
将待测的电极用金相砂纸打磨，除去氧化膜，用丙酮洗涤涂油。
再用脱脂棉蘸酒精擦洗，用蒸馏水冲洗干净，再用滤纸吸干，放进电解池中。
（2）电解池中的辅助电极为铂电极，参比电极为硫酸亚汞电极。
阳极极化曲线的测定
阳极极化曲线的测定一．实验目的1．掌握恒电位法测定金属极化曲线的原理和方法。
2．了解极化曲线的意义和应用。
二．实验原理1．极化现象为了探索电极过程的机理及影响电极过程的各种因素，需要对电极过程进行研究，而在该研究过程中极化曲线的测定又是重要的方法之一。
在研究可逆电池的电动势和电池反应时电极上几乎没有电流通过，每个电极或电池反应都是在无限接近于平衡下进行的，因此电极反应是可逆的，测定的电极电势为平衡电势。
但当有电流明显地通过电池时，则电极的平衡状态被破坏，此时电极反应处于不可逆状态，随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。
在有电流通过电极时，由于电极反应的不可逆而使电极电位偏离平衡值的现象称作电极的极化。
根据实验测出的数据来描述电流密度与电极电位之间关系的曲线称作极化曲线。
通常，金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下此过程只有在电极电位正于其热力学电位时才能发生。
阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出。
但当阳极电位正到某一数值时，其溶解速度达到一最大值。
此后阳极溶解速度随着电位变正，反而大幅度地降低，这种现象称为金属的钝化现象。
极化曲线表明，电位从A 点开始上升(即电位向正方向移动)，电流密度也随之增加，电位超过C 点以后，电流密度迅速减至很小，这是因为在金属表面上生成了一层电阻高、耐腐蚀的钝化膜。
到达D 点以后，电位再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的很小的数值上，电位升到E 点时，电流又随电位的上升而增大。
如图1所示。
2．影响金属钝化过程的几个因素金属钝化现象是常见的，人们已对它进行了大量的研究工作。
影响金属钝化过程及钝化性质的因素，可归纳为以下几点：(1)溶液的组成。
溶液中存在的H +、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子，对金属的钝化起着颇为显著的影响。
在中性溶液中，金属一般比较容易钝化，而在酸性或某些碱 性的溶液中，钝化则困难得多，这与阳极反应产物的溶解度有关系。
阳极极化曲线的测定与分析.
注意事项
1. 电化学测量系统在使用过程中必须严格按照操作规 程进行，电解池三支电极都必须良好接通，如果要更换或处理电 极必须停止外加电位。 2. 采用三电极电解池，其中一支设计成鲁金毛细管，这是参比电极 的专用插口，工作电极必须尽可能靠近鲁金毛细管以减小溶液欧 姆降对测量的影响。 3. 在电化学测量中，对电极（尤其是固体电极）的要求甚严，必须 按要求进行预处理，否则很难得到重现的实验结果；严重时，甚 至会歪曲实验结果。 4. 在使用电化学工作站时，电流档应从高到低选择，否则实验数据 会溢出。
极化曲线的测定 与分析
主讲教师:谭小平
一、实验目的
1. 了解自腐蚀电位、致钝电位和维钝电位、过钝 化电位以及致钝电流密度和维钝电流密度等概 念； 2. 掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方 法； 3. 通过阳极极化曲线的测定，判定实施阳极保护 的可能性，初步选取阳极保护的技术参数； 4. 掌握IM6ex电化学工作站的使用方法。
研究电极
参比电极
辅助电极
图2 实验装置示意图
接线说明：红线夹头接辅助电极 兰线夹头接参比电极 黄黑双线接研究电极
表1 实验数据记录表
致钝电流
I / A
维钝电流
I / A
维钝电位范围
/ mV
IM6ex电化学工作站使用方法
接通电源，打开电源开关，开机进入Thales界面； 单击E/I图标，然后选择电极连接方式； 设定参数：扫描电位范围，扫描速率，电流量程 等； 单击开始即可 保存数据，输出曲线图。
图1 可钝化金属的阳极极化曲线
发生。人为控制电位的增高，电流逐渐衰减到C。 在C点之后，电位若继续增高，由于金属完全进入
钝态，电流维持在一个基本不变的很小的值—— 维钝电流ip。当电位增高到D点以后，金属进入了 过钝化状态，电流又重新增大。从A点到B点的范 围叫活化区，从B点到C点叫活化－钝化过渡区， 从C点到D点叫钝化稳定区，过D点以后叫过钝化 区。对应于B点的电流密度叫致钝电流密度ipp，对 应于C点或D点的电流密度叫维钝电流密度ip。
极化曲线的运用与分析
暂态的研究方法
❖ 暂态系统比稳态系统复杂，单采用极化曲线 的办法不行，所以在暂态测量中，常结合交 流阻抗，将所得图谱拟合成等效电路来剖析 复杂的暂态过程。
❖ 我们可以通过测量该等效电路的各元件的值， 进一步求得电化学反应的动力学参数。
等效电路描述码的表示
❖ 电路描述码 (Circuit Description Code, 简写 为CDC)。规则如下：
❖ 特点：1.具有双电层充电电流，一部份用于双电层充电以改变电极电位，另一部 份用于电化学反应；2.电极/溶液界面附近的扩散层内反应物和产物粒子浓度不 仅是空间位置的函数，还是时间的函数。
❖ 暂态法与稳态法相比有许多优点。由于暂态法可控制极化时间，电极表面溶液的 浓度也不致有明显变化，减小（消除）浓差极化，以突出电化学极化。液相中的 粒子或杂质来也不及扩散到电极表面，减少了杂质的干扰，因而有利于研究界面 的结构和吸附现象，对于那些表面状态变化较大的体系更为合适，暂态法可以使 测得的数据重现。
❖ 1. 在电池中，E3电极只要0.5V（也就是在图中-0.2V)的过
电位就能产生100mA以上的电流，而E2电极要高达0.7V的 过电位才能产生100mA左右的电流，再看E1，至始至终都 不能达到100mA的电流。
❖ 2. 在同一端电压下，电流越大，电池所获得的功率就越大。
峰值电流
❖ 产生原因：当对处于平衡电位的电极施加一个大幅度的线性 扫描电压时，反应刚开始，电极随所加过电位的增大而速度 加快，反应电流增大；另一方面，随着反应的进行，电极表 面附近的反应物浓度下降，生成物的浓度升高，促使电极反 应速度下降。随着时间延长，扩散层厚度增加，扩散流量降 低，所以反应电流下降。扫描速度不同，峰值电流也不同， 曲线的形状和数值也不相同，所以线性电位扫描实验中，扫 描速度选择十分重要。
极化曲线等的实验原理 2
极化曲线
是一种快速测定金属腐蚀速度和腐蚀倾向的方法，极化曲线的自腐蚀电位表明了材料的腐蚀趋势，电位越负说明腐蚀趋势越大，而自腐蚀电流密度icorr表明了腐蚀速度的快慢， icorr越大，说明腐蚀速度越快。
icorr是阴极极化曲线和阳极化曲线的塔菲尔区的切线交点对应的电流密度值。
操作参数：采用动电位极化曲线法评价耐蚀性能，测量溶液是3.5%NaCl，在自腐蚀电位±300mV进扫描，扫描速率为50mV/s。
显微硬度评价膜层性能
测定之前，先要将待测磨料制成反光磨片试样，置于显微硬度计的载物台上，通过加负荷装置对四棱锥形的金刚石压头加压负荷的大小可根据待测材料的硬度不同而增减。
金刚石压头压入试样后，在试样表面上会产生一个凹坑。
把显微镜十字丝对准凹坑，用目镜测微器测量凹坑对角线的长度。
根据所加负荷及凹坑对角线长度就可计算出所测物质的显微硬度值。
HV = 常数×试验力/压痕表面积≈0.1891 F/d2。
其最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，任意试验力性能不受影响；缺点在于试样要求高，技术要求高，多数停留在实验室使用，致使试验效率低。
仪器操作参数：试验力1.961N（200g），测量系统放大倍数400倍（测量）、100倍（观察），加载时间10s，电源交流电220V。
实验原理
阳极氧化，
它是一种比较传统的表面处理技术，就是把金属或合金放在合适的电解液中作为阳极进行通电、处理，使得金属或合金表面生成一种氧化薄膜的电化学氧化方法。
阳极极化曲线的测定实验目的
a c
+d
活性溶解区
b
钝化过渡区
钝化过渡区
过钝化区
e
电流密度
• 曲线表明，电势从a点开始上升（即电势向正方向移动），电流
也随之增大，电势超过b点以后，电流迅速减至很小，这是因为 在碳钢表面上生成了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。到达c点以后， 电势再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的，很小的数值上。 电势升至d点后，电流又随电势的上升而增大。从a点到b点的范 围称为活性溶解区；b点到c点称为钝化过渡区；c点到d点称为钝 化稳定区；d点以后称为钝化区。对应于b点的电流密度成为致钝 电流密度；对应于c～d段的电流密度称为维钝电流密度。如果对 金属通以致钝电流（致钝电流密度与表面积的乘积）使表面生成 一层钝化膜（电势进入钝化区），再用维钝电流(维钝电流密度与 表面积的乘积）保持其表面的钝化膜不消失，金属的腐蚀速度将 大大降低，这就是阳极保护的基本原理。
燕山大学环境与化学工程学院
阳极极化曲线的测定
实验目的
实验原理
实验仪器
实验目的
• 了解金属钝化行为的原理和测量方法。 • 了解恒电位仪的原理，掌握现有恒电位
仪的使用方法。
实验原理
• 在以金属作阳极的电解池中通过电流时，通常将发
生阳极的电化学溶解过程。如阳极极化不大，阳极溶 解的速度随电势变正而逐渐增大，这就是金属的正常 阳极溶解。在某些化学介质中，当电极电势正移到某 一数值时，阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低， 这种现象叫金属的钝化。
• 处在钝化状态的金属的溶解速度是很小的，这在金
属防腐及作为电镀的不溶性阳极时，正是人们所需要 的。而在另外的情况如化学电源、电冶金和电镀中的 可溶性阳极，金属的钝化就非常有害。利用阳极钝化， 使金属表面生成一层耐腐蚀的钝化膜来防止金属腐蚀 的方法，叫做阳极保护。
极化曲线的测定及应用
极化曲线的测定及应用一、目的要求1．掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。
通过测定金属铁在H2SO4 溶液中的阴极极化和阳极极化曲线求算铁的自腐蚀电位、自腐蚀电流和钝化电位范围、钝化电流等参数。
2．了解不同pH值、Cl－浓度、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、原理Fe在H2SO 4 溶液中会不断溶解，同时产生H2。
Fe溶解：Fe －2e ＝Fe 2+。
H2析出：2H+ ＋2e ＝H2。
Fe电极和H2电极及溶液构成了腐蚀原电池。
其腐蚀反应为：Fe ＋2H+ ＝ Fe 2+ + H2。
这是Fe在酸性溶液中腐蚀的原因。
当电极不与外电路接通时，阳极反应速率和阴极反应速率相等，Fe溶解的阳极电流I Fe与H2析出的阴极电流I H在数值上相等但方向相反，此时其净电流为零。
I＝I Fe + I H＝0。
I corr＝I Fe＝－I H≠0。
I corr值的大小反映净了Fe在H2SO 4 溶液中的腐蚀速率，所以称I corr为Fe在H2SO 4 溶液中的自腐蚀电流。
其对应的电位称为Fe在H2SO 4 溶液中的自腐蚀电位E corr，此电位不是平衡电位。
虽然，阳极反应放出的电子全部被阴极还原所消耗，在电极与溶液界面上无净电荷存在，电荷是平衡的。
但电极反应不断向一个方向进行，I corr≠0，电极处于极化状态，腐蚀产物不断生成，物质是不平衡的，这种状态称为稳态极化。
它是热力学的不稳定状态。
自腐蚀电流I corr和自腐蚀电位E corr可以通过测定极化曲线获得。
极化曲线是指电极上流过的电流与电位之间的关系曲线，即I=f（E）。
图27-1是用电化学工作站测定的Fe在1.0mol/L H2SO4 溶液中的阴极极化和阳极极化曲线图。
ar为阴极极化曲线，当对电极进行阴极极化时，阳极反应被抑制，阴极反应加速, 电化学过程以H2析出为主。
ab为阳极极化曲线，当对电极进行阳极极化时，阴极反应被抑制，阳极反应加速,电化学过程以Fe溶解为主。
极化曲线的运用与分析共22页
P o te n tia l/V
1 .81 .6t11 .41 .2
1 .0
0 .8
0 .6
0 .4
0
10
20
30
t/m in
t
2
40
50
Back
暂态的定义
❖ 暂态法又称动态法，电极从开始极化到电极过程达到稳态的这一阶段称暂态过程。 在该过程中电极电位、电极界面上的吸附覆盖状态、双电层充电，电极附近液层 中分布等都处在变化之中，也就是体系的各变量随时间而变化。暂态法就是用指 定的小幅度的电流或电压讯号加到研究电极上，使处在平衡状态或其他状态的电 极体系发生扰动，同时测量电极参数的响应，来研究电极体系的各种性质。
为什么要看-0.2V这个电位？
❖ 1. E＝Φ＋－Φ－=0.3V (Φ＋＝0.4V Φ－=0.1V) 2. 氧还原的过电位比较高，一般会
有300mv左右，但此时电流很小， 只有零点几 毫安的电流产生
3.在500mv的过电位下，氧还原反
应才有比较明显电流产生，具有 代表意义。
为什么要比较-0.2V时的电流？
❖ 极化曲线的测量方法可以是“稳态”的，也可是“暂态” 的。前者是先控制恒定的电流(或电压)，待响应电压(或电 流)恒定后测量之，可获得稳态极化曲线。后者则控制电 流恒定或按一定的程序变化，测量响应电势的变化；或控 制相应的电势，测量响应电流的变化获得暂态极化曲线。
稳态的定义
❖ 稳态是在指定的时间范围内，电化学系统的参量（如电位、电 流，电极表面的浓度分布，电极表面状态等）变化甚微，基本 上可认为不变，这种状态可称为电化学稳态。
❖ 同理阴极极化曲线也是类似的
极化曲线的分析与比较
以氧气在碱性介质里的还原为例
实验报告-极化曲线测量金属的腐蚀速度
一、目的和要求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NaCl 溶液中的极化曲线，求算Fe 的自腐蚀电位，自腐蚀电流 2、论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用 二、基本原理当金属浸于腐蚀介质时，如果金属的平衡电极电位低于介质中去极化剂（如H +或氧分子）的平衡电极电位，则金属和介质构成一个腐蚀体系，称为共轭体系。
此时，金属发生阳极溶解，去极化剂发生还原。
在本实验中，镁合金和钢分别与L 的NaCl 溶液构成腐蚀体系。
镁合金与NaCl 溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：阳极： Mg= Mg 2++2e阴极： 2H 2O+2e=H 2+2OH -钢与NaCl 溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：阳极： Fe= Fe 2++2e阴极： 2H 2O+2e=H 2+2OH - @腐蚀体系进行电化学反应时的阳极反应的电流密度以 i a 表示， 阴极反应的速度以 i k 表示， 当体系达到稳定时，即金属处于自腐蚀状态时，i a =i k =i corr （i corr 为腐蚀电流），体系不会有净的电流积累，体系处于一稳定电位c ϕ。
根据法拉第定律，即在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，故可阴阳极反应的电流密度代表阴阳极反应的腐蚀速度。
金属自腐蚀状态的腐蚀电流密度即代表了金属的腐蚀速度。
因此求得金属腐蚀电流即代表了金属的腐蚀速度。
金属处于自腐蚀状态时，外测电流为零。
极化电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线称为极化曲线。
测量腐蚀体系的阴阳极极化曲线可以揭示腐蚀的控制因素及缓蚀剂的作用机理。
在腐蚀点位附近积弱极化区的举行集会测量可以可以快速求得腐蚀速度。
在活化极化控制下，金属腐蚀速度的一般方程式为：其中 I 为外测电流密度，i a 为金属阳极溶解的速度，i k 为去极化剂还原的速度，βa 、βk 分别为金属阳极溶解的自然对数塔菲尔斜率和去极化剂还原的自然对数塔菲尔斜率。
极化曲线实验报告
腐蚀金属电极稳态极化曲线测量和数据处理一、实验目的：1、掌握恒电位测定极化曲线的原理和方法2、巩固金属极化理论，确定金属实施阳极保护的可能性。
初步了解阳极保护参数及其确定方法。
3、了解恒电位仪器及相关电化学仪器的使用。
4、测定铁在酸性介质中的极化曲线，求算自腐蚀电位、自腐蚀电流、掌握线性扫描伏安法和TAFEL方法测定极化曲线。
实验原理铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)Fe／HCl体系是-个二重电极，即在Fe／H+界面上同时进行两个电极反应：Fe Fe2+ + 2e (b)2H+ + 2e H2 (c)反应(b)、(c)称为共轭反应。
正是由于反应(c)存在，反应(b)才能不断进行，这就是铁在酸性介质中腐蚀的主要原因。
当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。
在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1)IFe的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。
图12－1 Fe的极化曲线图12－1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。
当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。
此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。
通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。
由于反应(c)是由迁越步骤所控制，所以符合塔菲尔(Tafel)半对数关系，即：(2)直线的斜率为bFe。
当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。
同理，可获得阴极极化曲线rdc。
由于H＋在Fe电极上还原出H2的过程也是由迁越步骤所控制，故阴极极化曲线也符合塔菲尔关系，即：(3)当把阳极极化曲线abr的直线部分ab和阴极极化曲线cdr的直线部分cd 外延，理论上应交于一点(z)，z点的纵坐标就是，腐蚀电流Icor的对数，而z 点的横坐标则表示自腐蚀电势εcor的大小。
恒电位法测定极化曲线
恒电位法测定极化曲线一、实验目的1. 掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理和测试方法。
2. 了解极化曲线的意义和应用。
3. 掌握恒电位仪的使用方法。
二、实验原理1、极化现象与极化曲线为了探索电极过程机理及影响电极过程的各种因素，必须对电极过程进行研究，其中极化曲线的测定是重要方法之一。
我们知道在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。
但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。
由于电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线，如图13-1所示。
图13-1 极化曲线A-B：活性溶解区；B：临界钝化点B-C：过渡钝化区；C-D：稳定钝化区D-E：超(过)钝化区金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：M→M n+＋n e此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。
阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化现象。
图13-1中曲线表明，从A点开始，随着电位向正方向移动，电流密度也随之增加，电势超过B点后，电流密度随电势增加迅速减至最小，这是因为在金属表面生产了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。
B点对应的电势称为临界钝化电势，对应的电流称为临界钝化电流。
电势到达C点以后，随着电势的继续增加，电流却保持在一个基本不变的很小的数值上，该电流称为维钝电流，直到电势升到D点，电流才有随着电势的上升而增大，表示阳极又发生了氧化过程，可能是高价金属离子产生也可能是水分子放电析出氧气，DE段称为过钝化区。
极化曲线测试实验
极化曲线的测试与分析一．实验目的：掌握测定金属极化曲线的方法；二．实验装置及实验材料1．电化学测量系统（PS-268A型）1台2．计算机1台3．三电极系统（研究电极：试样；参比电极：甘汞；辅助电极；铂）1套4. 低碳钢电化学试样1个5.碳钢挂片试样4个6.过饱和KCl、蒸馏水、丙酮、脱脂棉、砂纸等若干7.量尺、分析天平、量杯、烧杯、毛刷等。
三．实验原理1、电化学腐蚀原理金属腐蚀按腐蚀机理可分为化学腐蚀，电化学腐蚀两类。
电化学腐蚀是指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏。
其特点是反应过程中金属构成电极，整个系统有阳极失去电子和阴极获得电子及电子流动的产生。
电化学腐蚀服从电化学动力学的基本规律。
当金属浸入电解质溶液时，由于水分子极性的静电作用，或由于金属电子的吸附作用。
在两相界面的两侧将形成由电子层与正离子层组成的双电层。
由于双电层的存在而产生的电位差称为金属―溶液体系的电极电位。
不同的金属在不同的溶液体系中有不同的电极电位。
至今还没有可靠的方法可以测定金属电极电位的绝对值，但可以求其相对值。
通常是指定某一电位稳定的电极为基准电极也叫参比电极或参考电极，人为规定其电位值；再把它与被研究电极组成原电池；测定出原电池的电动势，则被研究电极的电极电位就被测出。
通常采用的参比电极是标准氢电极，但在实际工作中常常采用更方便、更结实的参比电极，如甘汞电极，银－氯化银电极等。
实际上，金属大多是含有杂质的或者以合金的形态存在。
因此，金属浸入电解质溶液后，其界面不是存在单一电极而是存在着几个电极，测得的电位也是其混合值，金属与电解质溶液接触一定时间后，达到的稳定电位值称为该金属在该电解质溶液中的腐蚀电位或自然腐蚀电位，又叫开路电位或混合电位。
腐蚀电位决定于金属材料的成分，金相组织结构，表面状态以及电解质溶液的成分，浓度，温度和PH值等。
腐蚀电位的大小与金属腐蚀速度之间没有简单的对应关系，但其可以大致指出金属的耐腐蚀性。
最新极化曲线的运用与分析
极化的定义
❖ 当电极上有净电流通过时，电极电位显著偏 离了平衡电位的现象叫做电极的极化。
❖ 极化的类型有： 1．电化学极化；2.浓差极化 ； 3．电阻极化 ❖ 极化的结果是：阳极的电极电位往正电位偏
移，而阴极的电极电位往更负的方向偏移。
❖ 发生电化学反应的推动力是过电位，也就是极化过程的发 生。对于同一条件下的电极体系，通过的电流密度越大， 电极电位偏离平衡电位的绝对值也越大，将电极与电流密 度的关系绘成的曲线，称为极化曲线。极化曲线就是利用 给研究电极施加一个过电位来研究 电极的电化学过程。
线性电位扫描
❖ 控制电极电位以恒定的速度变化，同时测量通过电极的电流。它也是暂 态法的一种，扫描速度对暂态极化曲线的形状和数值影响很大，只有当 扫描速度足够慢时才可得到稳态极化曲线。
❖ 线性扫描所得到的电流是双电层充电电流ic与电化学反应电流ir之和。如 果在某电位范围内基本上无电化学反应发生，即相当于理想极化电极， 主要反映双电层电容与电位的关系。当存在电化学反应时，扫描速度快， ic相对大；扫描速度慢，ic相对小。因此，只有当扫速足够慢时，ic相对于 ir可忽略不计，此时才是稳态极化曲线，才真正说明电极反应速度与电位 的关系，才可利用稳态法的公式计算动力学参数（没有浓差极化的情况 下）。
为什么要看-0.2V这个电位？
❖ 1. E＝Φ＋－Φ－=0.3V (Φ＋＝0.4V Φ－=0.1V) 2. 氧还原的过电位比较高，一般会
有300mv左右，但此时电流很小， 只有零点几 毫安的电流产生
3.在500mv的过电位下，氧还原反
应才有比较明显电流产生，具有 代表意义。
为什么要比较-0.2V时的电流？
❖ 同理阴极极化曲线也是类似的
阴极极化曲线的测定
五、实验记录
镀液
Ⅰ号
电动势值（阴极相对于饱和甘汞电极）（V） 电镀面积（cm） 5mA 10mA 15mA 20mA 25mA 0mA （长×宽×2）
Ⅱ号
Ⅲ号
Ⅳ号
六、数据处理
1.计算电流密度DK和阴极电位φK
电流密度 DK
电流值 电镀面积
(mA /
cm2 )
阴极电位φK=饱和甘汞电极-所测得的电动势值
注意：
（1）判明光标移动方向与电动势值大小的关系；
（2）测量过程中，必须经常调整电动势值，保持光标最接 近零；
（3）读取电动势时，光标可能还会缓慢地朝一个方向移动 或左右摆动，只记下8min时的电动势值即可。
6.改变输出电流、测定电动势
（1）5mA的电动势测定完后，按第4-5步骤依次测定电流 输出值为10mA、15mA、20mA、25mA时的电动势，电流输出 值确定后按下秒表，4min后读取电动势值；
（2）依次调节工作电流调节“中”、“细”、 “微”键盘，使检流计光标最接近为零。
4.确定输出电流
调标准后，调节直流标准电压电流发生器，使输 出电流为5mA，对铜片进行电镀。
注意：直流标准电压电流发生器的“极性”转换开关 置于“+”处（红色为正极）；“输出”转换开关置于 “准备”处；“量程”转换开关置于“100mA”处。
一、实验目的
1.测定铜电极在镀锌溶液中的阴极极化 曲线； 2.了解络合剂、添加剂对阴极极化的影 响；
二、实验原理
在有电流通过电极时，电极电势偏离可逆 平衡电位，阴极的电势表现得比可逆电极的电 势更负一些，这种现象称为阴极极化。阴极极 化曲线是指电流密度与阴极电势之间的关系曲 线。
本实验是通过在含不同成份的镀锌溶液中 被电镀的铜电极的阴极极化曲线的测定，来研 究络合剂、添加剂对阴极极化的作用。
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四、实验步骤
1. 开启电脑，系统预热。 2. 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。 3. 极化曲线测量。
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五、实验注意事项
1. 测定前仔细阅读仪器说明书，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，这是该实验成败的关键。
其中：v－腐蚀速度（gm-2h-1）；i－钝化电流密度（Am-2）；M－Fe 的摩尔质量（gmol-1）；F－法拉第常数（Cmol-1）；n－发生1mol电极 反应得失电子的物质的量。 实验结果要求设计成表格形式给出。
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七、思考题
1. 平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同？
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二、实验原理
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三、实验仪器与试剂
CS300电化学工作站1台；电解池1个；硫酸亚汞 电极或饱和甘汞电极（参比电极）、铁电极（研究 电极）、铂片电极（辅助电极）各1支。 0.10 mol/L、1.0 mol/L H2SO4溶液；1.0 mol/L 盐 酸；乌洛托品（缓蚀剂）
2. 写出作Fe阴极极化曲线时铁表面和铂片表面发生 的反应；写出作阳极极化曲线时Fe表面各极化电位 范围内可能的电极反应。 3. 分析H2SO4浓度对Fe钝化的影响。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?
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八、其他事项说明
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六、实验数据处理
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腐蚀速率（v）。
i v 3600 M nF
物理化学实验
主讲教师：
詹拥共
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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溶液中的阴极极化和阳极 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。
2.了解不同pH值、Cl－离子浓度，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。
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二、实验原理
电极极化 可逆地发生电极反应时电极上所具有的电势，称 为可逆电极电势ψr。但在许多实际电化学过程中（电 解和电池放电），过程并不可逆。当有电流通过电极 时，必然会发生不可逆的电极反应。电极有电流通过 时所产生的电极电势ψI与可逆电极电势ψr产生偏差的 现象叫电极极化。偏差大小的绝对值称为过电势：η η = ψr ψI
1. 实验结束后将数据记录交老师查验是否科学合理 后方可整理仪器设备。 2. 将所有实验设备按要求清洁整理，登记实验操作 情况后方可离开实验室。 3. 实验结束后一周之内上交实验报告。
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