实验2金属Zn阳极极化曲线的测量

实验2：金属Zn阳极极化曲线的测量

一、实验目的

1.掌握阳极极化曲线测试的基本原理和方法；

2.测定Zn电极在1M KOH溶液和1M ZnCl2溶液中的阳极极化曲线；

3.通过实验理解金属电极钝化与活化过程。

二、实验原理

线性电位扫描法是指控制电极电位在一定的电位范围内,以一定的速度均匀连续的变化,同时记录下各电位下反应的电流密度,从而得到电位-电流密度曲线,即稳态电流密度与电位之间的函数关系:i= f(ψ)。

特别适用于测量电极表面状态有特殊变化的极化曲线。如下:如阳极钝化行为的阳极极化曲线。

阳极极化:金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程叫做阳极极化,金属

的钝化现象: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,反而大幅度的降低,这种现象称为金属的钝化现象。线性电位扫描法不但可以测定阴极极化曲线,也可以测定阳极极化曲线,特别适用于测定电极表面状态有特殊变化的极化曲线,如测定具有阳极钝

化行为的阳极极化曲线,用线性电位扫描法测得的阳极极化曲线,如下图所示

•AB段-----称为活性溶解区;此时金属进行正常的阳极溶解,阳极电流随电位改变服Tafel 公式的半对数关系。

•BC段-----称为钝化过渡区;此时是由于金属开始发生钝化,随着电极电位的正移,金属的溶解速度反而减小了。

•CD段-----称为钝化稳定区;在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位二改变;

•DE段-----称为过度钝化区;此时金属溶解速度重新随电位的正移而增大,为氧的析出或者高价金属离子的生成。

从阳极极化曲线上可以得到下列参数:c点对应的电位---临界钝化电位;c点对应的电流—临界钝化电流密度;而这些参数恒电流法是测不出来的。

影响金属钝化的因素很多,包括溶液的组成、金属的组成和结构以及外界条件。

三、仪器与试剂

CHI电化学工作站、锌电极、Hg/HgO电极、甘汞电极、铂电极、三口电解槽、

1M KOH溶液250ml、1M ZnCl2溶液250ml

金属Zn是中性锌锰电池、碱性锌锰电池和锌-空气电池等的负极材料，其电化学行为受到广泛的研究。本实验应用线性电位扫描法测量金属Zn电极在1M KOH和1M ZnCl2 中阳极极化曲线。

四、实验步骤

(1) 电极预处理

将锌电极在砂纸上轻轻打磨至光亮,除去氧化膜,用去离子水冲洗干净,铂电极用硫酸浸泡以除去表面杂质,并用去离子水冲洗。

(2) 极化曲线测定

采用电化学工作站中的线性电位扫描技术(Linear Sweep Voltammetry)分别测量Zn 电极在1M KOH 溶液和1M ZnCl 2溶液中常温和450C 的阳极极化曲线(扫描速率5mV/s ，从开路到截止电压分别为-1.0V 和-0.5V) 。 五、结果分析和讨论

1. 每种溶液中不同温度下的极化曲线叠加在同一张图中。结果分两张图表示。

C u r r e n t /A

Potential/V

图1：1mol/L 的KOH 溶液中Zn 电极分别在25℃和45℃下的阳极极化曲线

C u r

r e n t /A

Potential/V

图2：1mol/L 的ZnCl 2溶液中Zn 电极分别在25℃和45℃下的阳极极化曲线 2. 结合文献，指出图中的活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区和过度钝化区。

-1.4

-1.2

-1.0

0.000

0.001

0.002

C u r r e n t /A

Potential/V

b

a

c

d

e

图3：1mol/LKOH 溶液中Zn 电极在25℃下的阳极极化曲线

abc 段：活性溶解区；cd 段：过渡钝化区；de 段：稳定钝化区

-1.4

-1.2

-1.0

-0.001

0.0000.0010.0020.0030.004

0.005

0.006C u r r e n t /A

P otential/V

a

b

c

d

图4：1mol/LKOH 溶液中Zn 电极在45℃下的阳极极化曲线 ab 段：活性溶解区；bc 段：过渡钝化区；cd 段：稳定钝化区

C u r r e n t /A

Potential/V

图5：1mol/L的ZnCl2溶液中Zn电极分别在25℃和45℃下的阳极极化曲线

ab段：活性溶解区；bc段：活性溶解区

3.比较不同溶液中电极的阳极极化行为。尝试分析原因。

KOH溶液中，金属Zn发生阳极氧化产生的Zn2+与OH-反应生成难溶的Zn(0H)2阻碍金属Zn的继续氧化，而在ZnCl2溶液中则不会出现这种问题。

4.根据不同温度下氧化峰面积的大小，比较温度对氧化电量的影响。

经过对不同温度下的Zn在1mol/L的KOH溶液中的阳极极化曲线积分，图3峰面积：4.099020035E-4

图4峰面积：9.13397448E-4

可见，温度越高，氧化电量越高。