电化学基础实验指导书

实验一恒电流法测定阴极极化曲线一、实验目的1、掌握恒电流法测定阴极极化曲线的基本原理和方法；2、学习分析极化曲线的方法。

二、基本原理极化是电化学术语，含有偏离的意思，它是以热力学平衡电位为基点的偏离。

通常，阴极的电位偏离其自然腐蚀电位向负的方向移动，叫做阴极极化，反之为阳极极化。

使之偏离的方式可以不同，借外电路通以电流达到电极电位偏离平衡电位是常见的基本方式，这电流称为极化电流，电极电位与平衡电位之差称为极化过电位。

通常实验测量极化电流与极化过电位（或者直接用电极电位）的关系曲线称为电极的极化曲线。

它是研究电极过程动力学的基本实验手段。

测量极化曲线通常采用两种方法：恒电流法和恒电位法。

本实验是用恒电流方法来测量碳钢在3%NaCl水溶液中的阴极极化曲线。

恒电流法是以电流为主变量，既通过调节电路电阻使某一恒定电流通过电极，并在电位达到稳定后读取电位值，然后在改变电流使之恒定在个一新数值，再记下新的电位，并以此类推，便可以得到一系列的电流和电位的对应值。

把极化电流密度i对阴极电位ψ作图即得到阴极极化曲线。

通过阴极极化曲线的测定，可以知道金属在该介质中的阴极极化性能，并提供保护电位和保护电流密度的参数数据。

三、实验仪器和线路1、实验用品数字万用表一台滑线变阻器一个电阻箱一个直流电源一个洗耳球一个鲁金毛细管一个饱和甘汞电极一个铂电极一个微安表、毫安表各一个自由夹与十字夹各三个游标卡尺一把玻璃缸（2000mL）一个台天平及砝码一套导线若干碳钢试样，3%NaCl水溶液，无水乙醇，脱脂棉球，滤纸，饱和氯化钾溶液，金刚纱布（1#、0#、2#各一张）。

2、测量线路：极化回路由电源B、变阻器R、电流表A、换向开关K、辅助电极和研究电极等组成，电位测量回路由高阻抗电压表D、参比电极、待测电极组成。

实验中用饱和甘汞电极作为参比电极，用铂电极作为辅助电极，铂电极是用铂片烧焊在玻璃管内，由铜导线引出。

四、测量步骤：1、电极处理：用金钢砂布1#至2/0#打磨试样表面，测量其尺寸，然后用无水乙醇脱脂。

2、按图接好线路。

在电解池中加入3%氯化钠水溶液1600mL左右。

固定好辅助电极和鲁金毛细管，在盐桥活塞打开的情况下用洗耳球将实验液吸入毛细管内至活塞处，关住活塞，在活塞上部用滴管加入饱和氯化钾溶液后，插入饱和甘汞电极。

3、把试样放入电解池的溶液中，先不接通电源，经指导教师检查后方可进行测量。

现测定工作电极的稳定电位，一般在20分钟内可以达到基本稳定。

若较长时间以后还不稳定，可以适当通以阴极小电流（大约5μA/cm2）进行活化，然后切断电源，重新测定自然腐蚀电位，使电位在几mV内波动，即可视为稳定，记录所测数据，然后既可进行极化曲线的测量。

4、进行阴极极化测量，调节电阻，使极化电流达到一定值，在一定的时间间隔后（最好等到电流稳定后读数）读取电位值。

如此以某一定的电流步进速率每隔几分钟调节一次电流，稳定后读下相应的电位值。

直到通入阴极电流很大，而阴极的电位变化不大时即可停止实验。

在此过程中，要注意观察实验现象，记录下电极表面开始有氢气泡析出时的电位值。

5、实验完毕后，切断电源，把变阻箱及滑线电阻值调至最大，取出电极。

根据本实验体系，建议采用以下电流步进速率：0～400μA范围采用40μA/2min的电流步进速率，400～1000μA范围采用100μA/2min的电流步进速率，1000～3000μA 范围内采用500μA/2min的电流步进速率，3000～7000μA 范围内采用1000μA/2min的电流步进速率。

采样时间与步进间隔时间一致。

五、数据记录及处理温度：℃、试样暴露表面积：cm2 、析氢电位：、自然腐蚀电位：。

电位——电流的关系图：六、思考与讨论1、用恒电流法测定上述的阴极极化曲线，能否得到同样的结果？为什么？2、如何合理选取阴极保护的保护电位？实验二恒电位法测阳极极化曲线一、实验目的：1、掌握用恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方法。

2、通过阳极极化曲线的测定，判断实施阳极保护的可能性，初步选取阳极保护的技术参数。

3、掌握恒电位仪的使用方法。

二、基本原理：恒电位法也叫控制电位法，就是控制电位使其依次恒定在不同的电位下，同时测量相应的稳态电流密度，在得到足够的数据以后，就可以画出电流密度（或电流密度的对数）和电位之间的关系曲线，就是恒电位稳态极化曲线。

维持电位恒定的方法有两种，一是用经典恒电位法，一是用恒电位仪。

用恒电位仪控制电位，不但精度高，频响快，输入阻抗高，输出电流大，而且可实现自动测试，因此得到了广泛应用。

恒电位法既可测定阴极极化曲线，也可测定阳极极化曲线，特别是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。

图1中曲线ABCDE为恒电位法测得的阳极极化曲线。

整个曲线可以分为四个区域：AB段为活性溶解区，此时金属进行正常的阳极溶解，阳极电流随电位改变服从Tafel公式的半对数关系；BC段为过渡钝化区，此时由于金属开始发生钝化，随电位的正移，金属的溶解速度反而减少；CD段为稳定钝化区，在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位而改变；DE为过钝化区，此时金属的溶解速度又重新随电位的正移而增大，为氧的析出或更高价金属离子的产生。

E（图1）从这种阳极极化曲线可以得到下列一些参数，临界钝化电位(Ψc)、临界钝化电流(i c)；稳定钝化的电位区间(Ψp~Ψp1)，稳定钝态下金属的溶解电流(i p)。

本实验测量的是碳钢在饱和碳酸氢铵溶液中的阳极极化曲线。

三、实验用品和线路：1、实验用品：恒电位仪（1台）饱和甘汞电极（1支）铂电极（1支）毫安表（1个）烧杯（500ml，1只）鲁金毛细管（1只）铁架（2个）自由夹与十字夹（各3个）洗耳球（1个）滴管（1支）导线（若干）碳钢试样、饱和碳酸氢氨溶液、无水乙醇、脱脂棉、滤纸、饱和氯化钾溶液、金刚砂布。

2、测量装置线路（图2）四、测量步骤：1、电极处理：用1#-2/0#金刚砂布依次打磨电极，测量暴露表面尺寸，然后用无水乙醇除去油污。

2、在烧杯中倒入待测溶液，将鲁金毛细管活塞打开，用洗耳球吸入介质至活塞处，关闭活塞，活塞上端用滴管加入饱和氯化钾溶液，插入饱和甘汞电极，固定好辅助电极、参比电极和待测电极。

3、按图2所示用导线分别将待测电极和参比电极与恒电位仪的相应输出接线端相连。

按恒电位仪的操作步骤先测定研究电极的开路电位即稳定电位，然后进行阴极极化2分钟，极化电位调至-0.9伏（SEC，以下同）左右，断开电源稳定1分钟，再测定待测电极的自腐蚀电位，然后由此电位开始进行阳极极化。

4、调节恒电位仪进行阳极极化。

在电位负于-400mV时步进速率可采用20mV/min，-400~+1000mV 之间可采用50mV/min的电位步进速率，正于+1000mV时电位步进速率可采用20mV/min，采样时间均为1分钟。

每调一次电位在达到规定采样时间时记下电流值。

同时注意观察电极表面的现象。

当极化电位达到+1200mV以上时即可停止极化测量，将电位调至开路电位值，断开极化电源。

五、数据处理及结果：温度：，试样暴露表面积：，自腐蚀电位：，电位——电流的阳极极化曲线：六、思考与讨论：1、分析所测得的阳极极化曲线上各段和各特征点的物理意义。

2、阳极极化曲线对实施阳极保护有什么指导意义？实验三循环伏安法综合测定银在氢氧化钾溶液中的电化学行为一、实验目的：1 掌握自动记录测定极化曲线的线性电位扫描法。

2 应用循环伏安法研究银电极的KOH溶液中的电化学综合行为、反应机理及相关因素的影响。

3 了解电位扫描速度对极化曲线的影响。

二、基本原理电位扫描法是目前电化学测量中常用的技术，循环伏安法是运用较多的一种电位扫描法。

如将三角波电压信号输入到恒电位仪中，而令研究电极的电位随时间作三角波形的变化，即先后依次作方向相反的二次线性电位扫描。

这种方法称为三角波电位扫描法。

在三角波电位扫描中，电位随时间先后经历了阳极氧化过程和阴极还原过程。

当正向扫描的时间和负向扫描的时间相同时，扫描后的电位又回到最初时，所以这种三角波电位扫描法常成为循环伏安法。

如果被研究的电极过程纯粹是电化学极化所控制，则在扫描速度相同的条件下，来回扫描的曲线应重合。

图1中，研究电极电位是相对于7NKOH汞－氧化汞参比电极（vs.SHE=0.098），从a点开始，银的电极电位vs.Hg/HgO=0V（以下同）。

向正向扫描，即阳极过程，开始扫描时，研究电极表面是金属，当电位增至0.25V左右时，电流开始逐渐上升，这表明金属银已开始氧化成Ag2O其反应为：2Ag + 2OH—→Ag2O + H2O + 2e—（在电位0.246处）（1）由于反应生成Ag2O的电位与平衡电位相差不大，故可以认为此反应极化较小。

当电流增加到一定值后，因为Ag电极表面被反应产物Ag2O覆盖而产生了阻抑作用，使得电流又逐渐减小。

待电位增至0.65V左右，又开始出现新的电流峰，且在0.7V左右，电流峰最大，一般认为此时进行下列电极反应：Ag2O + 2OH—→2AgO + H2O + 2e—（在电位0.47V处）（2）图1显然，反应生成AgO的电位偏离反应的平衡电位较正，这是由于研究电极上覆盖了一层电阻率极高（P＝108Ω·cm）的Ag2O，而使反应（2）难以进行，即极化较大。

此后，电位至0.47V左右，又开始出现一个电流峰，此时是一个阴极电流峰，这显然是由于AgO的阴极还原，即反应（2）的逆反应的极化较小，可能是AgO的电阻率较小（P＝104Ω·cm）的关系。

当电位降到0.15V左右时，出现了一个很陡的电流峰，这是由Ag2O阴极还原为Ag，即反应（1）的逆反应。

其极化较此反应的正向过程要大一些，这可能是Ag2O的电阻率极高所引起的，但一经有部分Ag2O还原生成Ag后，因Ag的电阻率极低，故以后Ag2O的还原就容易了，所以电流增加的速度就比较大。

当电位到达0时，研究电极表面又还原成金属银，这时三角波的电位又要从下降转为上升，又开始正向扫描，重复上述过程。

由此可见，应用三角波电位扫描，可以研究电极反应历程，它不但可以得到一些定量的数据，更主要的用途还是通过极化曲线测量，可以对某一电化学反应的历程作出定性的分析，即可以在一个较宽的电位范围内，观察到体系的电化学行为。

在三角波电位扫描法中，理论计算可知电流的密度的峰值i P与温度、浓度、扫描速度、反应中电子传递数等方面有关系，在一定条件下i P正比扫描速度。

实验中，通过改变不同的扫描速度，可以观测其对极化曲线的影响。

三、仪器和试剂HDV-7恒电位仪一台XFD-8超低频讯号发生器一台X-Y函数记录仪一台研究电极为银丝，参比电极为7NKOH溶液的Hg-HgO电极，辅助电极为石墨。