金属腐蚀理论及腐蚀控制考试重点题

10R nF
㏑(Po2/
aO4 H
-)
= 10R
nF
㏑
Po2－ 10R
nF
㏑
aO4 H
-
又因㏑ aO4H =2.3lg aO4H
，则有 lg a
=pH－14
OH
所以：△Ee1=10×8.314/(4×96500) ×
㏑ Po2-10×8.314/(4×96500)×4×2.3×(7-14)
=0+0.01387=0.0139V>0
其平衡电位 Eea=0.266V
阴极反应 Cu 2 ＋2 e =Cu ，其平衡电位 Ee ' =0.293V
（3）Eec= Ee '
=0.293V
Cu / cu2
而 Eea= Ee ' = 0.266V Cu / cu2
有腐蚀倾向 Eec－Eea=0.293－0.266=0.027V=27mV
即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是 27mV
[OH]= 10 4 mol/L
= -0.875＋(8.315×298.15)/(2×96500)×2×2.3lg10 4
= -0.639V
综上则有两种计算所得结果相同，即二者的腐蚀倾向一样。
3. 将两根铜棒分别浸于 0.01mol/L CuSO4 溶液和 0.5mol/L CuSO4 溶液，组成一个金属离子浓 差电池。
失重腐蚀速度:V-=
A nF
icor
65.4 0.7332/ 2 26.8
0.8956g
/ m2.h
第五章
(1)
在
pH
=
0
的除氧硫酸铜溶液中(
a Cu
2
0.1mol/L )，铜能否发生析氢腐蚀生成 Cu2+？如果能
发生，腐蚀倾向是多少伏？
(2)
在
pH
=
10
的除氧氰化钾溶液中(
a CN
0.5mol/L
=0.0148V>0
即氧压力增大到原来的 10 倍时有氧电极平衡电位正移 0.0148V
（3）当溶液 pH 值下降 1 时有
Ee
''' 3
=E＋
RT nF
㏑(Po2/
a 4' OH
-)=E＋
RT nF
ln
Po2－
4RT nF
㏑
aO' H
-
ΔE3=
Ee’’’－Ee=E＋ RT ln
nF
Po2－
4RT nF
Cu / cu2
nF
=0.337＋ 0.059 lg(0.01×0.41)=0.266V
2
当铜棒在 0.5mol/LCuSO4 溶液中时有：γ( Cu 2 )=0.0668
'
Ee
= E0＋ RT ㏑ a( Cu 2 )’
Cu / cu2
nF
=0.337＋ 0.059 lg(0.5×0.0668)
2
=0.293V
RT nF
㏑(Po2/ aO4H -)
=0.401＋ 0.0591 lg(0.21/10 ) 16
4
=0.627V
(1) 当阳极反应为 Fe= Fe 2 ＋2 e
有 Fe 2 ＋2 OH =Fe(OH)2↓
查得 Ksp Fe(OH)2=1.87×10 15
a( Fe 2 )=Ksp /a Fe(OH) [OH ] 2 =1.87×10 / 15 10 8 =1.87×10 7 mol/L
所以 Ecor = -0.64 – 0.125 lg│icor│ + Eec = -0.64 – 0.125×（lg0.9606×10-4）–0.059
= -0.707V (vs SHE)
= -0.707V –0.242 = – 0.949 (vs SCE)
2.海水中的含氧量为 3.2mg/L,求一年中锌的消耗量？（氧的扩散层厚度为 102 cm ，扩
则铜氧化反应的平衡电位为
Eea= E o ＋ RT ln [Cu(CN )2] /([ CN ]×[ CN ])
F
=-0.446＋0.0591lg10 4 / 0.5 2
=-0.647V 在 PH=10 的除氧硫酸铜溶液中有 2 H ＋2e = H
2
析氢反应的平衡电位 Eec=－0.0591×PH=-0.0591×10=-0.591V
由电位比较准则知 Eec>Eea，所以铜能发生析氢腐蚀。
其腐蚀倾向 △ E=Eec－Eea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV
第四章
1．表面积为 20cm2 的铁样品浸泡在 PH=1 的除氧酸溶液中，经过 50h 试验，测得了铁样品 的损失质量为 0.1g，已知在铁的表面上析氧反应符合 Tafel 公式η=-0.64-0.125lg|i|，η的单 位为 V，i 的单位为 A/cm2 ，试计算：
（1） 样品厚度的减少△h(mm); （2） 铁电流的腐蚀电流密度 icor(A/m2); （3） 铁试样的腐蚀电位 Ecor。
第三章
1. 在下列情况下，氧电极反应的平衡电位如何变化： (1) 温度升高 10C (取 Po2 =1atm，pH = 7)。 (2) 氧压力增大到原来的 10 倍 (温度 25C)。 (3) 溶液 pH 值下降 1 单位 (温度 25C)。
解：在中性溶液中，阴极的反应为：O2+2H2O+4 e =4OH-
)，铜能否发生析氢腐蚀？如果能发生，
腐蚀倾向是多少伏？
设腐蚀生成的[Cu(CN)2]-离子的活度等于 10-4mol/L，已知电极反应 Cu + 2CN- = [Cu(CN)2]- + e
的标准电位 E0 = -0.446V。
解（1）由题意可知，铜的氧化反应为 Cu= Cu 2 ＋2e
查表知，铜电极反应的标准电位 E
o
=0.337V
则铜的氧化反应的平衡电位为
Eea= E o ＋ RT ln Cu 2 / Cu
2F
=0.337＋0.5×0.059×lg0.1
=0.3075V 又在 PH=0 的除氧硫酸铜溶液中有 2 H ＋2e = H
2
析氢反应的平衡电位 Eec= E o ＋ RT ln H /PH2
nF
得 Eec=－0.0591×PH=-0.0591×0=0V 由电位比较准则知 Eea> Eec，所以铜不可能发生析氢腐蚀生成 Cu 。 2 （2）由题意可知，铜的氧化反应为 Cu＋2 CN =[Cu(CN )2] ＋e 该电极反应的标准电位 E o =-0.446V
即：温度升高 10℃后平衡电位正移 0.0139V。
（2）当氧压力增加到原来的 10 倍时
Ee
'' 2
=E＋
RT nF
㏑(10Po2/ aO4H
)=E＋
RT nF
ln10＋
RT nF
㏑(Po2/ aO4H -)
△E2= Ee’’－Ee = RT ln10
nF
=(8.314×298.15)/(4×96500)×2.3
因为 Ee
< Ee ' ，即铜在 0.01 mol/LCuSO4 溶液中的电位比在
Cu / cu2
Cu / cu2
0.5mol/LCuSO4 溶液中电位低。故有铜在 0.01 mol/LCuSO4 溶液中作阳
极，而在 0.5mol/LCuSO4 溶液中的铜棒作阴极。 （2）阳极反应：Cu= Cu 2 ＋2 e
2. 将铁置于饱和空气的碱溶液(pH = 10)中，按阳极反应为 (1) Fe + Fe2+ + 2e (2) Fe + 2OH- = Fe(OH)2 + 2e
计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？
解：在 pH=10 的碱溶液中，去极化还原反应为：
O2+2H2O+4 e =4 OH
Ee=E0（OH-/O2）+
解：（1）
根据失重腐蚀 V- = w st
0.1 20 104
50
1g / m2.h
∴Vp=8.76 V =8.76×1/7.8=1.12 mm/y d fc
∴有△h=Vp.t=1.12×50/(365×24)=0.0064mm
即样品的厚度加少量为 0.0064mm
(2)根据 v
A nF
icor 可知有：
由：Fe= Fe 2 ＋2 e
又有 Eea= -0.440＋0.02955lg a( Fe ) 2
= -0.440＋0.02955lg1.8×10 7
= -0.639V
（2）当阳极反应为 Fe＋2 OH =Fe(OH)2＋2 e
查表有 Ee • =-0.875V Fe /(OH )2 Ee=E0 + RT ㏑(1/a[OH ] 4 ) nF
nFV icor = A
2 26.8 1 0.9606 A / m2 55.8
阴极反应 2H++2e=H2 当 pH=1 时其平衡电位 Eec=-0.0591pH= -0.0591×1= -0.059 (V)
在腐蚀电位下，阴极反应过电位：
c = Ecor – Eec = -0.64 – 0.125 lg│icor│ (V)
其平衡位则为
Ee=E0（OH-/O2）+
RT nF
㏑(Po2/ aO4H
-)
（1）当温度升高 10℃后有：
Ee
=
E0（OH-/O2）+
R(T 10) nF
×㏑(Po2/
aO4 H
-)
=E+
RT nF
㏑(Po2/ aO4H
)+
10R nF
㏑
Po2/
aO4 H
-
则平衡电位变化量△Ee1=
Ee’-
Ee=
㏑ aO' H
－(E＋wk.baidu.com
RT nF
ln
Po2－ 4RT ㏑
nF
aOH )
= 4RT 2.3( PH ' －14)＋ 4RT 2.3(pH－14)
nF
nF
= RT ×2.3= 8.315 298.15 2.3 =0.0591V>0
F
96500
即 pH 值下降 1 个单位，氧电压反应平衡电位正移 0.0591V。
= [4×26.8×1.9×10-5×3.2×10-3/(32×10-4)]×3600×10×10-3
=0.7332A/m2
∴icor=id=0.7332A/m2
查表得 dZn=7.1g/cm3
Zn-2e=Zn2+
∴有腐蚀深度
Vp=8.76
V dzn
8.76 d
A nF
icor
8.76 65.4 0.7332/(7.1 2 26.8) 1.104mm / a
散系数为 D=1.9×10-5 cm2 /s,Zn 的原子量为 65.4）。 解：由题知有： 在海水中阴极反应为:O2+2H2O+4e=4OH-
在稳定条件时有：|ic|=Nf|
dN dt
|=nFD
cb
cs
当
c
s
减小到零时有|
ic
|=id=nFD
cb
=4×26.8A.h/mol×1.9×10-5 cm2/s× 3.2mg / L /10 2 cm 32 g / mol
(1) 哪一根铜棒是阳极，哪一根铜棒是阴极？ (2) 写出阳极反应和阴极反应，计算其平衡电位。 该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？
解：（1）铜棒在 0.01 mol/LCuSO4 溶液中时有：Cu=Cu 2 ＋2 e
查表得：γ( Cu 2 )=0.41
又根据 Ee
=E0＋ RT ㏑ a( Cu )2