镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定

镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定

(微型绿色实验)

实验背景

钢铁，尤其是特种钢及有色金属的年产量是衡量一个国家工业和国防发展水平的重要标志之一。故世界各国都对本国的钢铁生产给予极大的重视并尽可能扩大钢铁的产量。然而，由于各种原因，钢铁因腐蚀造成的损失也是惊人的。据不完全统计，全世界各国每年仅因腐蚀而损耗的钢铁可达到当年钢铁生产总量的十分之一以上。与此同时，有色金属的腐蚀和防护也是腐蚀研究的重要内容。因此，金属腐蚀与防护理论及相关防腐技术的研究是与材料、环保、能源乃至其他部门密切相关的，它既有理论意义又有应用价值，既有经济效益又有社会效益。研究金属腐蚀的方法因腐蚀机理的不同而不同。在电化学领域，阳极极化曲线是研究金属电化学腐蚀及电化学防腐的基本工具之一，通过对阳极极化曲线的测量和分析，可以获得金属在所给介质中溶解腐蚀和钝化情况的资料，从而为金属的防护提供理论依据。本实验将利用CHI电化学分析仪，通过对镍的阳极极化曲线的测定，研究镍在不同电解质中的腐蚀及钝化行为，考察不同添加剂对镍腐蚀行为的影响，最后要求按照规范化的科研论文的格式将研究内容写成论文。

实验提示

1、关键词（key worlds）

查阅《中国化学化工文摘》和《中国学术期刊文摘》，可用的关键词为：

电化学腐蚀，电化学，电极，电化学测量，镍

如果你想查阅美国化学文摘（C.A），可以使用的主题词有：Corrosion，Electrode，Nickel

2、主要参考文献

（1）《腐蚀与防护手册》，化工部化工机械研究所编，化学工业出版社出版，575~582页，1990年8月，北京

（2）《腐蚀数据与选材手册》，左景伊，左禹编著，化学工业出版社出版，638~661页，1995年10月，北京

（3）《中国化学化工文摘》、《中国学术期刊文摘》、美国化学文摘（C.A）

（4）（英）U.R.艾万思著，华保定译，《金属的腐蚀与氧化》，机械工业出版社出版，P179~205，1976年6月，北京。

（5）魏宝明主编，《金属腐蚀理论及应用》，（高等学校试用教材），化学工业出版社出版，P114~137，北京。

3、相关原理

典型的金属阳极极化曲线如图5-75-1。图中，A

点电势为初始扫描电势，它可以是电极的开路电势，

也可以由实验者自己设定。图中的阳极极化曲线可

分为四个部分：

（1）AB段为阳极的活性溶解区：随着电极电势

的升高，阳极电流逐渐增大，表示金属的活性腐蚀

增强，此时金属晶格上的金属原子溶解进入溶液中

形成水合离子（或络离子）B点对应的电流j B称为

最大腐蚀电流。

（2）BC段为过渡钝化区：随着电极电势的逐渐升高，电流逐渐减小。这是因为此时电极表面逐渐形成某种吸附膜或氧化膜，致使电阻增大，电极过程受阻所致。

（3）CD段为稳定钝化区：电极电势急剧升高，而电流基本保持不变。这是因为电极表面已经形成一层致密的电阻膜。该电阻膜极大地阻止了电极过程的进一步进行，因而电流基本保持不变。C点对应的电流j C称为稳定钝化电流或维钝电流，亦即最小腐蚀电流。如果要对金属进行阳极保护，则必须把金属构件的电势控制在CD段。

（4）DE段为过钝化区：随着电极电势的进一步升高，电流复又增加。这是由于电极表面发生了其他阳极过程，例如氧气的析出和/或由于电阻膜破裂而造成金属的二次腐蚀。

阳极极化曲线的测量是采用恒电势仪控制电势法完成的。控制电势法又可以分为

静态法和动态法两种。静态法是由低到高每隔一定值施加一个电势使阳极发生极化，然后测量电极在该电势下的稳定电流值。该方法比较费时。但所需仪器设备较简单，比较容易实现。动态法是利用自动扫描仪以适当的设定速度连续改变阳极的电极电势，并同步测量各相应电势下的瞬态电流，再由X—Y记录仪或计算机自动记录并绘制E—j曲线，即阳极极化曲线。自动扫描仪的扫描速率取决于所研究的电极系统。一般而言，电极表面建立稳态的速率愈慢，相应的扫描速率也应较慢。动态法所需仪器设备较复杂，但较省时间而且可以将测量资料存储并随时按需要进行加工处理，故在条件允许时大多采用动态法尤其是采用计算机自动控制线行扫描伏安法

实验条件

实验室可以提供的仪器：CHI电化学分析仪（微型研究用）；计算机；打印机（8组共用）；微型铂电极；饱和甘汞电极；微型研究电极（如微型镍电极）；

实验室可以提供的药品：电解质溶液（如硫酸水溶液）；添加剂（如氯化钠、亚硝酸钠、碳酸钠、钼酸钠和三乙醇胺等）。实验者如若需要特殊药品，应该提前向有关实验室的指导老师提出计划。

实验要求

1、可以利用手工检索，也可以利用微机联网自动检索，查阅本实验提供的或自选的文献，作出较为详细的摘录。

2、参考查到的文献资料，通过自己的综合思考，制定详细的研究方案，并实施你的实验方案，详细记录实验结果及实验中观察到的现象，主要考查酸碱介质、添加剂和温度等条件对金属腐蚀的影响。

3、对实验结果的归纳总结和讨论，包括对研究数据按一定的规律性的总结（可以用表格，也可以用图形、曲线等），对实验结果及研究规律进行认真的实事求是的讨论。在讨论时请参考以下提示：

（1）镍在稀硫酸中活化溶解和钝化反应的方程式及腐蚀产物的形态。

（2）何类物质能够加速镍在稀硫酸中的腐蚀，何类物质可以减缓镍在稀硫酸中的腐蚀？为什么？除本实验所用的物质之外你认为还有那些物质可以更有效地减缓镍的腐蚀？

（3）根据你的研究指出镍在所研究的介质中的安全工作条件，此条件下的腐蚀速率为多少？以毫米/年或毫克/米2.小时表示。

（4）基于本研究事实可以给出那些有意义的结论。

4、在前三项基础上独立写出实验研究论文。

附：CHI电化学分析仪的使用

1、阅读CHI电化学分析仪使用说明。

2、将工作电极、参比电极（饱和甘汞电极，简略为S.C.E，下同）和辅助电极分别接到CHI电化学分析仪的相应接线上，并固定在电极架上。

3、分别将CHI电化学分析仪和计算机的电源插头插到位于实验桌侧面的电源插座上，打开CHI电化学分析仪的电源开关并启动计算机。

4、用鼠标双击计算机桌面上CHI电化学分析仪软件的快捷键，可以打开CHI电化学分析仪软件的界面，如图5-75-2

图5-75-2 CHI电化学分析仪微机操作界面

5、用鼠标点击T 键,立即出现如图5-75-3的技术选择对话框。选择Ｌinear Sweep V oltammetry，然后点击OK键。

6、用鼠标点击Setup，出现如图5-75-4的文字对话框，选择System，则立即出现如图5-75-5所示的对话框。选择Com 1、50Hz、Positive Rit、Positive Up、Anodic Positive 和English。然后点击OK。

7、用鼠标点击图5-75-2中的Control键，出现一个长条形对话框，选择Open Circuit Potential，则界面上立即显示出所测电极的开路电势量值。如果界面上出现Link failed字样，则说明电极系统尚未连接好。此时，需仔细检查电极系统，将错误改正后重试。

图5-75-3 CHI技术选择对话图5-75-4 CHI系统选择对话框