阴极极化曲线的测定

阴极极化曲线的测定

The measurement of cathode polarization curve

一、实验目的及要求

1．测定氢在光亮铂电极上的活化超电势，并求出塔菲尔公式中的两个常数a和b以及交换电流密度i；

2．了解超电势的种类和影响超电势的因素；

3．掌握采用三电极恒电流法测定阴极极化曲线的实验方法。

二、实验基本原理

本实验采用三电极恒电流法测定阴极极化曲线。在电解H2SO4溶液时，阴极上产生H2，电极反应成为成为单向不可逆过程，电极表面产生极化，其氢超电势为

η=ΦH+/H2－φc

不可逆电极电势为φc=φ甘汞－E

对于阴极极化的电化学极化，在一定电流密度范围内塔菲尔公式为η=a＋b log i 式中，η为氢超电势，单位为V；a和b为常数，b为该线性方程的斜率，b值随电极性质等的变化影响不大；a为电流密度为1A•cm-1时的超电势值，a值的大小与电极材料、表面状态、电流密度、溶液组成和温度等有关，基本代表了电极反应的不可逆程度的大小。a值越大，在所给电流密度氢超电势也越大。铂电极材料属于低氢超电势金属，其a值在0.1-0.3V 之间。

当电流密度极低时，氢超电势不服从上述塔菲尔公式，此时η与电流密度i成正比关系。

所以，氢超电势的测量就是如何测量在一定范围内一系列不同电流密度下的电极电势，以及在实验中如何采取措施消除电阻超电势和浓差超电势等问题。

实验选择甘汞电极作辅助电极与被测电极组成一个电解池使氢在电极上电解；同时选择一个掺比电极与被测电极组成一个原电池，测量电动势，获得被测电极的电极电势。对于电阻超电势可采用鲁金毛细管消除。

当η=0时，交换电流密度为log i0=－a/b

同时，作i-φc图，可从图上获得氢在电极上显著析出时的最小析出电势。

三、仪器试剂

恒电流法测定极化曲线装置一套。标准电流电压发生器一台，数字式酸度计一台，电流表一个，饱和甘汞惦记、铂电极各一支。

四．实验步骤

1．测量研究电极的面积后，清洗研究电极和辅助电极，清洗极化曲线测定装置。2．小心灌装电解质溶液和饱和氯化钾溶液。组装已装好溶液的极化曲线测定装置，小心使鲁金毛细管尖对准研究电极，用洗耳球将硫酸溶液抽吸至活塞与饱和氯化钾溶液接通，不能出现气泡，如果有气泡要赶掉。最后连接电路。

3．I=0时E x的测定。调节电流为10mA预电解5分钟，关闭电流输出后记下E x。4．依次调节电流（mA）：0.1、0.2、0.3、……..1.0、1.2、1.4、…….2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、…….20，依次测定E x。实验结束，小心拆卸装置并清洗干净，并注入蒸馏水。

五．注意事项

1．小心灌装饱和氯化钾溶液，避免液体盐桥内产生气泡；

2．小心调节鲁金毛细管；

3．一套数据要连续测定。

六．数据处理

1．根据I=0时的E x计算ΦH+/H2：ΦH+/H2=φ甘汞—E x(I=0) ；

2．计算φc和η：φc=φ甘汞－E η=ΦH+/H2－φc；

3．作η—log i图，在电化学极化较大的曲线上取点求斜率为常数b，并求出常数a。4．计算交换电流密度i0；

5．作i-φc图，求出析出电势φ析。

七．创新启示

1.影响氢超电势的因素较多，在实验过程中除应避免电阻超电势和浓差超电势外，特别要注意电极的处理和溶液的的清洁，这是做好本实验的关键。如果电极表面有杂质会使铂电极中毒，严重影响实验结果。

2．电池的极化分别是由两个电极共同作用的结果，所以超电势为阴、阳两极共同贡献的。因此研究每个电极的极化，比研究整个电池的极化更为重要和明了。3．本实验采用铂丝做研究电极，除节省材料外，更重要的是减少电极面积，以便在较小电流强度下获得较大的电流密度，给电流的恒定带来方便。

4．本实验使用仪器为标准电流电压发生器，还可采用CH660A电化学分析仪中进行测试。

八．提问及思考题

1．三个电极各有何作用？

2．测定或不测定I=0时的E x，数据处理有何不同？