金属腐蚀学习题
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③ 如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？ ④ 如果使用零电阻电流表，且溶液电阻可以忽略不计，那么电流达到稳 态后，阳极与阴极的电位差Ec – Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对 值之和 Ea + Ec 等于多少？电流表的指示又为多少？
解：由题意得：
（1）：根据Ec-Ea=IR 则有：Ec-Ea=IR=0.15mA×200欧=30mV=0.03V
分别为 +0.05V和 –0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通， 原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。已知电路的欧姆
电阻为200。求：
① 原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec – Ea = ？
② 阳极极化值 Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和 Ea + Ec 等于多少?
碳 钢 20403 18.7153 45 18.6739 铝 30405 16.1820 45 16.1347
2. 镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气 330cm3。试验温度25C，压力760mmHg；试样尺寸为 20200.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vh。 （在25C时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg）ρMg=1.74 g/cm3 3. 表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐 蚀电流为Icor = 0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V- 和Vh。
解：由题知有： 在海水中阴极反应为:O2+2H2O+4e=4OH0 s c c 在稳定条件时有：|ic|=nFD
当减小到零时有| ic |=id=nFD =0.7332A/m2 ∴icor=id=0.7332A/m2 查表得dZn=7.1g/cm3 ∴
c0
=4×26.8A.h/mol×1.9×10-5 cm2/s×[（3.2×0.001)/32
4 OH
=0.401＋0.0591lg(0.21/10 )
4
16
=0.627V
当阳极反应为Fe = Fe2+ + 2e
有Fe 2+ ＋2OH- =Fe(OH)2↓查得Ksp Fe(OH)2=1.87×10-15 a(Fe 2+ )=Ksp Fe(OH)2 /a2(OH)=1.87×10-15/10-8 =1.87×10-7mol/L
①对于Hg-0.1mol/LHCl有：
斜率 E 1.6164 1.2665 0.117
lg i
30
∴Tafel斜率bc = 0.117V
当|ic|取1时有
η =-0.065-(-1.2665+0.242)= 0.960V，即氢过电位a = 0.960V ∴由塔菲尔公式：a=-blgi0
-0.4991
-0.4511 -0.4040 -0.3362
0.0
-0.2
/V
Hg电 Pt 电
极 极
-0.4
氢 过 电 位
-0.6
-0.8
-1.0
-1.2
-1.4 0 1 2 3 4
2 lgic /（ A/ m ）
极化曲线
对于Hg电极有：阴极反应：2H++2e-=H2 有r = 0.796
RT 2 E= nF ln( 2 H ) 0.0591 lg(0.1 0.796 ) 0.065 (V )
或 △h= 0.1/20/7.8×10=0.0064mm
i=
nFV 2 26.8 1 0.9606A / m 2 A 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：
5. 某腐蚀体系的参数为：
E 0a = -0.4V，E0c = 0.8V，Ecor = -0.2V。当R = 0时，Icor = 10mA，该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电 阻R = 90，那么Icor =？ 腐蚀电池又属于什么控制类型？
解：由题可知：当R=0时有： Icor=(Eoc-Eoa)/ （Pc+Pa） Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/10×10 -3 =120Ω Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.8＋0.2)/ 10×10 则有 Pa=120-100=20Ω 因为Pc>>Pa，所以该电池属于阴极极化控制。 当欧姆电阻R=90Ω时有： Icor = (Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA 因为R与Pc接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阴极极化共同控制。
7．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 在铁的表面上析氢反应符合 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。
1.（1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有：
Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/[45×2×(20×40＋20×3＋40×3)×0.000001] =0.4694g/ m2∙h 又有ρ=m/V=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2∙h Vh=8.76Vˉ/ ρ =8.76×0.4694/7.798=0.53mm/a 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6
解：由题意得：该试样的表面积为： S=2×(20×20＋20×0.5＋20×0.5)×10-6=840×10-6 m2
压力P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9Pa
根据PV=nRT 则有放出的氢气的物质的量为： n=PV/RT=98151.9×330×/8.315×(25＋273.15)=0.01307mol 又根据Mg ＋ 2 H ＋ = Mg
2+
+H2
Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol 所以：Vˉ=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840×10-6×100=3.7817 g/ m2∙h 有： Vh=8.76Vˉ/ ρ =8.76×3.7817/1.74=19.04mm/y
3. 表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐 蚀电流为Icor = 0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V- 和Vh。
(2)图上求Tafel斜率bc和交换电流密度i0。
(3)为了使电位偏离平衡电位 +10mV，需要通入多大的外加极化电流(取n = 1)？ 比较两个电极的极化性能。 极化电流密度ic (A/m2) 5×103 极化电位E (V, vs SCE) Hg电极 Pt电极 -0.5370
2.5×103
103 5×102 102 10 1 -1.6164 -1.5780 -1.5085 -1.3815 -1.2665
] /10-2×3600×10
Zn-2e=Zn2+
V 8.76 A 有腐蚀深度Vh=8.76 icor zn nF
=1.104mm/a
9. 对如下两个电极系统： Hg—0.1mol/L HCl ， r = 0.796 Pt—1mol/L H2SO4 分别进行阴极极化，测量数据列于表1。要求： (1) 分别画出在汞电极上和铂电极上析氢反应的阴极极化过电位曲线。
Eea= -0.440＋0.02955lg a(Fe
2+
)
= -0.639V
= -0.440＋0.02955lg 1.87×10-7
（2）当阳极反应为 Fe＋2 OH- =Fe(OH)2＋2e 查表有E = -0.875V Ee=E0 +
RT nF
㏑(1/a2(OH))
= -0.875＋0.05916/2×lg(1/10 -8) = -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。
解：（1） 根据失重腐蚀V- =
w 0.1 1g / m 2 .h 4 st 20 10 50 ∴Vh=8.76×1/7.8=1.12 mm/y
∴有△h= Vp.t=1.12×50/(365×24)=0.0064mm 即样品的厚度减少量为0.0064mm (2)根据
v
A icoBiblioteka Baidu 可知有： nF
即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V （2）：△Ea=Ea-Eoa |△Ec|=Eoc-Ec △Ea＋|△Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea) =0.05＋0.83-0.03=0.85V 即阳极极化值△Ea与阴极极化值△Ec的绝对值之和为0.85V。 （3）：如果阳极和阴极都不极化，则有Pc=0 ，Pa=0 Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05＋0.83)/200=0.0044A=4.4mA 即电流表指示应为4.4mA。 （4）：当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差 Ec=Ea，则有：电 位差Ec-Ea=0 由（2）知：△Ea＋|△Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88V Pc+Pa=(Eoc-Ec＋Ea-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/（0.15×10-3）=5666.7Ω I=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.05＋0.83)/5666.7=0.000155A
解：由题意得： 根据Vˉ=M/ZF×icor可知
Vˉ=（M/ZF）Icor/S
=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/ m2∙h 查表得ρ (Fe)=7.8g/ cm3
Vh=8.76Vˉ/d=8.76×1.4326/7.8=1.61mm/a
4.将铜片和锌片插在3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位
1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验
介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vh，并进行比较， 说明两种腐蚀速度表示方法的差别。
表1
试验介质
试样材料 矩形薄板试样尺寸(mm) 腐蚀前重W0(g) 浸泡时间t (hr) 腐蚀后重W1(g)
碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据
30% HNO3，25C
=0.3391g/㎡∙h
ρ =m铝/V=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 Vh=8.76Vˉ/ ρ =8.76×0.3391/2.697=1.101mm/a 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vh比铝小，因为铝的密度比碳钢小。
2. 镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气 330cm3。试验温度25C，压力760mmHg；试样尺寸为 20200.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vh。 （在25C时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg）
得：
0.960 = - 0.117lg i0 则：lg i0 =-7.265 即i0 =5.4×10-8 A/m2
②对于Pt-1mol/L H2SO4 有：
c = Ecor – Eec = -0.64 – 0.125 lg│icor│ (V)
所以Ecor = -0.64 – 0.125 lg│icor│ + Eec = -0.64 – 0.125×（lg0.9606×10-4）–0.059 = -0.197V (vs SHE)
8. 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10-2cm，扩散系数为D=1.9×10-5 cm2 /s,Zn的原子量为65.4）。
-3
=100Ω
6. 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？
Ksp
Fe(OH)2=1.87×10 -15
E
Fe(OH)2
=-0.875V
解：在pH=10的碱溶液中，去极化还原反应为： O2+ 2H2O + 4e = 4 OHEe=E0（OH-/O2）+ RT ㏑(Po2/ a ) nF
解：由题意得：
（1）：根据Ec-Ea=IR 则有：Ec-Ea=IR=0.15mA×200欧=30mV=0.03V
分别为 +0.05V和 –0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通， 原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。已知电路的欧姆
电阻为200。求：
① 原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec – Ea = ？
② 阳极极化值 Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和 Ea + Ec 等于多少?
碳 钢 20403 18.7153 45 18.6739 铝 30405 16.1820 45 16.1347
2. 镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气 330cm3。试验温度25C，压力760mmHg；试样尺寸为 20200.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vh。 （在25C时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg）ρMg=1.74 g/cm3 3. 表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐 蚀电流为Icor = 0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V- 和Vh。
解：由题知有： 在海水中阴极反应为:O2+2H2O+4e=4OH0 s c c 在稳定条件时有：|ic|=nFD
当减小到零时有| ic |=id=nFD =0.7332A/m2 ∴icor=id=0.7332A/m2 查表得dZn=7.1g/cm3 ∴
c0
=4×26.8A.h/mol×1.9×10-5 cm2/s×[（3.2×0.001)/32
4 OH
=0.401＋0.0591lg(0.21/10 )
4
16
=0.627V
当阳极反应为Fe = Fe2+ + 2e
有Fe 2+ ＋2OH- =Fe(OH)2↓查得Ksp Fe(OH)2=1.87×10-15 a(Fe 2+ )=Ksp Fe(OH)2 /a2(OH)=1.87×10-15/10-8 =1.87×10-7mol/L
①对于Hg-0.1mol/LHCl有：
斜率 E 1.6164 1.2665 0.117
lg i
30
∴Tafel斜率bc = 0.117V
当|ic|取1时有
η =-0.065-(-1.2665+0.242)= 0.960V，即氢过电位a = 0.960V ∴由塔菲尔公式：a=-blgi0
-0.4991
-0.4511 -0.4040 -0.3362
0.0
-0.2
/V
Hg电 Pt 电
极 极
-0.4
氢 过 电 位
-0.6
-0.8
-1.0
-1.2
-1.4 0 1 2 3 4
2 lgic /（ A/ m ）
极化曲线
对于Hg电极有：阴极反应：2H++2e-=H2 有r = 0.796
RT 2 E= nF ln( 2 H ) 0.0591 lg(0.1 0.796 ) 0.065 (V )
或 △h= 0.1/20/7.8×10=0.0064mm
i=
nFV 2 26.8 1 0.9606A / m 2 A 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：
5. 某腐蚀体系的参数为：
E 0a = -0.4V，E0c = 0.8V，Ecor = -0.2V。当R = 0时，Icor = 10mA，该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电 阻R = 90，那么Icor =？ 腐蚀电池又属于什么控制类型？
解：由题可知：当R=0时有： Icor=(Eoc-Eoa)/ （Pc+Pa） Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/10×10 -3 =120Ω Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.8＋0.2)/ 10×10 则有 Pa=120-100=20Ω 因为Pc>>Pa，所以该电池属于阴极极化控制。 当欧姆电阻R=90Ω时有： Icor = (Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA 因为R与Pc接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阴极极化共同控制。
7．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 在铁的表面上析氢反应符合 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。
1.（1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有：
Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/[45×2×(20×40＋20×3＋40×3)×0.000001] =0.4694g/ m2∙h 又有ρ=m/V=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2∙h Vh=8.76Vˉ/ ρ =8.76×0.4694/7.798=0.53mm/a 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6
解：由题意得：该试样的表面积为： S=2×(20×20＋20×0.5＋20×0.5)×10-6=840×10-6 m2
压力P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9Pa
根据PV=nRT 则有放出的氢气的物质的量为： n=PV/RT=98151.9×330×/8.315×(25＋273.15)=0.01307mol 又根据Mg ＋ 2 H ＋ = Mg
2+
+H2
Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol 所以：Vˉ=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840×10-6×100=3.7817 g/ m2∙h 有： Vh=8.76Vˉ/ ρ =8.76×3.7817/1.74=19.04mm/y
3. 表面积4cm2的铁试样，浸泡在5%盐酸溶液中，测出腐 蚀电流为Icor = 0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V- 和Vh。
(2)图上求Tafel斜率bc和交换电流密度i0。
(3)为了使电位偏离平衡电位 +10mV，需要通入多大的外加极化电流(取n = 1)？ 比较两个电极的极化性能。 极化电流密度ic (A/m2) 5×103 极化电位E (V, vs SCE) Hg电极 Pt电极 -0.5370
2.5×103
103 5×102 102 10 1 -1.6164 -1.5780 -1.5085 -1.3815 -1.2665
] /10-2×3600×10
Zn-2e=Zn2+
V 8.76 A 有腐蚀深度Vh=8.76 icor zn nF
=1.104mm/a
9. 对如下两个电极系统： Hg—0.1mol/L HCl ， r = 0.796 Pt—1mol/L H2SO4 分别进行阴极极化，测量数据列于表1。要求： (1) 分别画出在汞电极上和铂电极上析氢反应的阴极极化过电位曲线。
Eea= -0.440＋0.02955lg a(Fe
2+
)
= -0.639V
= -0.440＋0.02955lg 1.87×10-7
（2）当阳极反应为 Fe＋2 OH- =Fe(OH)2＋2e 查表有E = -0.875V Ee=E0 +
RT nF
㏑(1/a2(OH))
= -0.875＋0.05916/2×lg(1/10 -8) = -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。
解：（1） 根据失重腐蚀V- =
w 0.1 1g / m 2 .h 4 st 20 10 50 ∴Vh=8.76×1/7.8=1.12 mm/y
∴有△h= Vp.t=1.12×50/(365×24)=0.0064mm 即样品的厚度减少量为0.0064mm (2)根据
v
A icoBiblioteka Baidu 可知有： nF
即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V （2）：△Ea=Ea-Eoa |△Ec|=Eoc-Ec △Ea＋|△Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea) =0.05＋0.83-0.03=0.85V 即阳极极化值△Ea与阴极极化值△Ec的绝对值之和为0.85V。 （3）：如果阳极和阴极都不极化，则有Pc=0 ，Pa=0 Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05＋0.83)/200=0.0044A=4.4mA 即电流表指示应为4.4mA。 （4）：当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差 Ec=Ea，则有：电 位差Ec-Ea=0 由（2）知：△Ea＋|△Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88V Pc+Pa=(Eoc-Ec＋Ea-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/（0.15×10-3）=5666.7Ω I=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.05＋0.83)/5666.7=0.000155A
解：由题意得： 根据Vˉ=M/ZF×icor可知
Vˉ=（M/ZF）Icor/S
=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/ m2∙h 查表得ρ (Fe)=7.8g/ cm3
Vh=8.76Vˉ/d=8.76×1.4326/7.8=1.61mm/a
4.将铜片和锌片插在3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位
1. 根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验
介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度Vh，并进行比较， 说明两种腐蚀速度表示方法的差别。
表1
试验介质
试样材料 矩形薄板试样尺寸(mm) 腐蚀前重W0(g) 浸泡时间t (hr) 腐蚀后重W1(g)
碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据
30% HNO3，25C
=0.3391g/㎡∙h
ρ =m铝/V=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 Vh=8.76Vˉ/ ρ =8.76×0.3391/2.697=1.101mm/a 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vh比铝小，因为铝的密度比碳钢小。
2. 镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气 330cm3。试验温度25C，压力760mmHg；试样尺寸为 20200.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vh。 （在25C时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg）
得：
0.960 = - 0.117lg i0 则：lg i0 =-7.265 即i0 =5.4×10-8 A/m2
②对于Pt-1mol/L H2SO4 有：
c = Ecor – Eec = -0.64 – 0.125 lg│icor│ (V)
所以Ecor = -0.64 – 0.125 lg│icor│ + Eec = -0.64 – 0.125×（lg0.9606×10-4）–0.059 = -0.197V (vs SHE)
8. 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10-2cm，扩散系数为D=1.9×10-5 cm2 /s,Zn的原子量为65.4）。
-3
=100Ω
6. 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？
Ksp
Fe(OH)2=1.87×10 -15
E
Fe(OH)2
=-0.875V
解：在pH=10的碱溶液中，去极化还原反应为： O2+ 2H2O + 4e = 4 OHEe=E0（OH-/O2）+ RT ㏑(Po2/ a ) nF