冶金原理实验报告

冶金原理

实验报告

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电极过程动力学

一、实验目的

通过对铜电极的阳极极化曲线和阴极极化曲线的测定，绘制出极化曲线图，从而进一步加深对电极极化原理以及有关极化曲线理论知识的理解。通过本实验，熟悉用恒电流法测定极化曲线。

二、实验原理

当电池中由某金属和其金属离子组成的电极处于平衡状态时，金属原子失去电子变成离子获得电子变成原子的速度是相等的，在这种情况下的电极称为平衡电极电位。

电解时，由于外电源的作用，电极上有电流通过，电极电位偏高了平衡位，反应以一定的速度进行，以铜电极Cu|Cu2+为例，它的标准平衡电极电位是+0.337V，若电位比这个数值更负一些，就会使Cu2+获得电子的速度速度增加，Cu失去电子的速度减小，平衡被破坏，电极上总的反应是Cu2+析出；

反之，若电位比这个数值更正一些，就会使Cu失去电子的速度增加，Cu2+获得电子的速度减小，电极上总的反应是Cu溶解。这种由于电极上有电流通过而导致电极离开其平衡状态，电极电位偏离其平衡的现象称为极化，如果电位比平衡值更负，因而电极进行还原反应，这种极化称为阴极极化，反之，若电位比平衡值更正，因而电极进行氧化反应，这种极化称为阳极极化。

对于电极过程，常用电流密度来表示反应速度，电流密度愈大，反应速度愈快。电流密度的单位常用安培/厘米2，安培/米2。

由于电极电位是影响影响电流密度的主要因素，故通常用测定极化曲线的方法来研究电极的极化与电流密度的关系。

一、实验方法及装置

本实验电解液为CuSO4溶液（溶液中CuSO4.5H2O浓度为165g/l，H2SO4 180g/l）；电极用φ=0.5mm铜丝作为工作电极，铂片电极作为辅助电极。为了测得不同电流密度下的电极电位，以一个甘汞电极与被测电极组成电池，甘汞电极通过盐桥与被测电极相通，用CHI660B电化学工作站测得不同电流密度下对应的阴极或阳极极化曲线。

装置如图所示

3 1——铜丝（工作电极Ф1.0mm）；

2——铂片（辅助电极）；3——甘汞电极；4——盐桥；

二、实验步骤

1、将铜电极的工作表面用0号金相砂纸磨光，用蒸馏水洗净，用滤

纸擦干，然后放入装有CuSO

溶液的电解槽中。

4

2、在装有饱和KCl溶液的电解槽中放入盐桥连通管和甘汞电极。

3、测定阴极、阳极极化曲线

1）注意将工作电极（铜丝）接绿色夹子，甘汞电极接白色夹子（参比电极），辅助电极（铂片）接红色夹子，使盐桥所用连通管尖端靠近工作电极工作面。

2）打开CHI660B电化学工作站的电源和计算机，然后在桌面上双击chi660b 图标运行CHI660B电化学工作站软件。在Control菜单下选择Open Current Potential测试开路电位。

3)点击Setup菜单下Technique选项，在弹出的Electrochemical Techniques

窗口中选择Chronopotentiometry（计时电位法），点OK确认。

4)阴极极化曲线的测定：点击Setup菜单下Parameters选项，在弹出的

Chronopotentiometry Parameters窗口中设置参数。Cathodic Current(A)、Anodic Current(A)均设置为0.005A；High E Limit(V)为0.5V,Low E Limit(V)

为-0.5V；Initial Polarity选Cathodic（阴极）进行阴极极化曲线的测定。

Cathodic Current(A)、Anodic Current(A)依次设置为

0.010A,0.015A,0.020A重复上面实验。

阳极极化曲线的测定：点击Setup菜单下Parameters选项，在弹出的Chronopotentiometry Parameters窗口中设置参数。Cathodic Current(A)、Anodic Current(A)均设置为0.005A；High E Limit(V)为0.5V,Low E Limit(V) 为-0.5V；Initial Polarity选Anodic(阳极)进行阳极极化曲线的测定。

Cathodic Current(A)、Anodic Current(A)依次设置为

0.010A,0.015A,0.020A重复上面实验。

注意：阴阳极交替试验可减少电极打磨次数。

5）在Control菜单下选择Run Experiment 开始实验。结束实验可在Control 菜单下选择Stop Run或在工具栏中直接点击▲开始，■结束。

6）点击工具栏中将曲线放大。

7)在Graphics菜单下点击Copy to Clipboard至word打印。

4、关掉电源，取出电极冲洗干净。

三、数据处理

1.根据测得的电动势计算出阳、阴极电位，以伏为单位。

φ阳（阴）=φ实测－φ甘汞

2.根据电流及面积计算出电流密度，以安培/厘米2为单位。

四、实验讨论

铁-水系φ—pH 的测定

一、实验目的

现代湿法冶金已广泛使用φ-pH 图来分析物质在水溶液中的稳定性即各类反应的热力学平衡条件，如已知金属-水系φ-pH 图，可以找出浸出与净化沉淀此种金属的电位和pH 值的控制范围。

通过对Fe-H 2O 中不同pH 值对应的电位测定，绘制出Fe-H 2O 系φ—pH 图，从

而加深对溶液中pH 与氧化还原电位的了解以及有关φ—pH 图的理论知识的理解。

二、实验原理

本实验以Fe-H 2O 系为例，其三类反应具体平衡条件如下：

一类反应（只有电子得失）：

++=+23Fe e Fe …………………………（1-1）

)(177800

cal G -=∆ +

++=--23lg 0591.001111F e F e a a ϕϕ

00ϕZF G -=∆

)

(77.0230601)17780(011V ==⨯--

-ϕ ϕ1-10=-(-17780)/(1×23060)=0.77(V)

当温度T=298K,123==+

+Fe Fe a a ,得 φ1-1=0.77(V)

Fe 2++2e=Fe …………………………………(1-2)

)(203000cal G =∆

+

+=--2lg 0591

.002121Fe a ϕϕ 同理得

)(44.0021V -=-ϕ

得，当温度,12982==+Fe a T

)(44.021V -=-ϕ