铁极化曲线测定市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

铁极化曲线测定铁极化曲线测定第1页第1页实验目掌握恒电位法测定电极极化曲线原理和试掌握恒电位法测定电极极化曲线原理和试验技术。通过测定验技术。通过测定Fe在在H2SO4、HCl溶溶液中阴极极化、阳极极化曲线，求算液中阴极极化、阳极极化曲线，求算Fe自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝化电流等参数。化电流等参数。理解理解Cl-离子，缓蚀剂等原因对铁电极极离子，缓蚀剂等原因对铁电极极化影响。化影响。讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中应用。讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中应用。第2页第2页Icorr为Fe在H2SO4溶液中自腐蚀电流 试验原理试验原理图1 Fe极化曲线第3页第3页金属电化学腐蚀是金属与介质接触时发生自溶金属电化学腐蚀是金属与介质接触时发生自溶解过程。比如解过程。比如 Fe Fe2+2e (1)2H+2e H2 (2)试验原理试验原理第4页第4页Fe将不断被溶解，同时产生将不断被溶解，同时产生H2。Fe电极和电极和H2电极及电极及H2SO4溶液构成了腐蚀原电池，溶液构成了腐蚀原电池，其腐蚀反应为：其腐蚀反应为：Fe+2H+Fe2+H2 (3)这就是这就是Fe在酸性溶液中腐蚀原因。在酸性溶液中腐蚀原因。试验原理试验原理第5页第5页 l当电极不与外电路接通时，其净电流为零。即当电极不与外电路接通时，其净电流为零。即I Icorrcorr=I=IFeFe=-I=-IH H00。l图图1 1中中rara为为阴极极化曲线阴极极化曲线。当对电极进行阴极。当对电极进行阴极极化，即加比极化，即加比EcorrEcorr更负电势，反应更负电势，反应11被克制，被克制，反应反应22加速，电化学过程以加速，电化学过程以H H2 2析出为主，这析出为主，这种效应称为种效应称为“阴极保护阴极保护”.塔菲尔塔菲尔(Tafel)半半对数关系，即：对数关系，即：试验原理试验原理第6页第6页 l图图1 1中中abab为为阳极极化曲线阳极极化曲线。当对电极进行阳极。当对电极进行阳极极化时，即加比极化时，即加比E Ecorrcorr更正电势，则反应更正电势，则反应22被被克制，反应克制，反应11加速，电化学过程以加速，电化学过程以FeFe溶解为溶解为主主。符合。符合试验原理试验原理第7页第7页图2 Fe钝化曲线致钝电位 Ip致钝电流 试验原理试验原理第8页第8页labc段是段是Fe正常溶解，生成正常溶解，生成Fe2+，称为，称为活活化区化区。lcd段称为段称为活化钝化过渡区。活化钝化过渡区。试验原理试验原理第9页第9页lde段电流称为维钝电流段电流称为维钝电流 此段电极处于比较稳定此段电极处于比较稳定钝化区钝化区,Fe2+离子与溶液中离子形成离子与溶液中离子形成FeSO4沉沉淀层，阻滞了阳极反应，由于淀层，阻滞了阳极反应，由于H+不易达到不易达到FeSO4层内部，使层内部，使Fe表面表面pH增大，增大，Fe2O3、Fe3O4开始在开始在Fe表面生成，形成了致密氧化膜，表面生成，形成了致密氧化膜，极大地阻滞了极大地阻滞了Fe溶解，因而出现钝化现象。溶解，因而出现钝化现象。ef段称为段称为过钝化区过钝化区 试验原理试验原理第10页第10页测量办法测量办法 图中图中W表示研究电极、表示研究电极、C表示表示辅助电极、辅助电极、r表示参比电极。表示参比电极。参比电极和研究电极构成原参比电极和研究电极构成原电池，可拟定研究电极电位。电池，可拟定研究电极电位。辅助电极与研究电极构成电辅助电极与研究电极构成电解池，使研究电极处于极化解池，使研究电极处于极化状态。状态。图3 恒电位法原理示意图第11页第11页在实际测量中，常采用恒电势法有下列两种：在实际测量中，常采用恒电势法有下列两种：o 静态法：将电极电势较长时间地维持在某一静态法：将电极电势较长时间地维持在某一恒定值，同时测量电流密度随时间改变，直恒定值，同时测量电流密度随时间改变，直到电流基本上达到某一稳定值。如此逐点地到电流基本上达到某一稳定值。如此逐点地测量在各个电极电势下稳定电流密度值，以测量在各个电极电势下稳定电流密度值，以取得完整极化曲线。取得完整极化曲线。测量办法测量办法第12页第12页l动态法：控制电极电势以较慢速度连续地改动态法：控制电极电势以较慢速度连续地改变（扫描），并测量相应电势下瞬时电流密变（扫描），并测量相应电势下瞬时电流密度，并以瞬时电流密度值与相应电势作图就度，并以瞬时电流密度值与相应电势作图就得到整个极化曲线。所采用扫描速度（即电得到整个极化曲线。所采用扫描速度（即电势改变速度）需要依据研究体系性质选定。势改变速度）需要依据研究体系性质选定。测量办法测量办法第13页第13页l动态法：普通说来，电极表面建立稳态速度动态法：普通说来，电极表面建立稳态速度越慢，则扫描也应越慢，这样才干使测得极越慢，则扫描也应越慢，这样才干使测得极化曲线与采用静态法测得结果靠近。化曲线与采用静态法测得结果靠近。测量办法测量办法第14页第14页 CHI660A电化学工作站电化学工作站1台；电解池台；电解池1个；个；硫酸亚汞电极（参比电极）、硫酸亚汞电极（参比电极）、Fe电极（研究电极（研究电极）、电极）、Pt片电极（辅助电极）各片电极（辅助电极）各1支。支。0.1molL-1、1molL-1H2SO4溶液；溶液；1molL-1HCl溶液；溶液；乌洛托品（缓蚀剂）乌洛托品（缓蚀剂）仪器与药物仪器与药物 第15页第15页o1.电极处理：用金相砂纸将铁电极表面打磨平电极处理：用金相砂纸将铁电极表面打磨平整光亮，用蒸馏水清洗后滤纸吸干。每次测量整光亮，用蒸馏水清洗后滤纸吸干。每次测量前都需要重复此环节，电极处理得好坏对测量前都需要重复此环节，电极处理得好坏对测量结果影响很大。结果影响很大。o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（1）打开）打开CHI660A工作站窗口。工作站窗口。试验环节试验环节第16页第16页o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（2）将三电极分别插入电极夹三个小孔中，）将三电极分别插入电极夹三个小孔中，使电极进入电解质溶液中。将使电极进入电解质溶液中。将CHI工工 作站绿作站绿色夹头夹色夹头夹Fe电极，红色夹头夹电极，红色夹头夹Pt片电极，白片电极，白色夹头夹参比电极。色夹头夹参比电极。试验环节试验环节第17页第17页o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（3）测定开路电位。点击）测定开路电位。点击“T”（Technique）选中对话框中）选中对话框中“Open Circuit Potential-Time”试验技术，点击试验技术，点击“OK”。点击。点击“”（parameters）选择参）选择参数，可用仪器默认值，点击数，可用仪器默认值，点击“OK”。点击。点击“”开始试验，测得开路电位即为电极自腐开始试验，测得开路电位即为电极自腐蚀电势蚀电势Ecorr。试验环节试验环节第18页第18页o2.测量极化曲线：测量极化曲线：（4）开路电位稳定后，测电极极化曲线。点击）开路电位稳定后，测电极极化曲线。点击“T”选中对话框中选中对话框中“Linear Sweep Voltammetry”试验技术，点击试验技术，点击“OK”为为使使Fe电极阴极极化、阳极极化、钝化、过钝电极阴极极化、阳极极化、钝化、过钝化所有表示出来。化所有表示出来。试验环节试验环节第19页第19页 初始电位（初始电位（Init E）设为）设为“-1.0V”，终态电，终态电位（位（Final E）设为）设为“2.0V”，扫描速率，扫描速率（Scan Rate）设为）设为“0.01V/s”灵敏度灵敏度（sensivitivty）设为）设为“自动自动”，其它可用，其它可用仪器默认值，极化曲线自动画出。仪器默认值，极化曲线自动画出。试验环节试验环节第20页第20页o3按按1、2环节分别测定环节分别测定Fe电极在电极在0.1 molL-1和和1molL-1H2SO4溶液，溶液，1.0 molL-1 HCl溶液及含溶液及含1%乌洛托乌洛托品品1.0 molL-1 HCl溶液中极化曲线。溶液中极化曲线。o4.试验完毕，清洗电极、电解池，将仪试验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复原位，桌面擦拭洁净。器恢复原位，桌面擦拭洁净。试验环节试验环节第21页第21页o （1）分别求出Fe电极在不同浓度H2SO4溶液中自腐蚀电流密度、自腐蚀电位、钝化电流密度及钝化电位范围，分析H2SO4浓度对Fe钝化影响。o （2）分别计算Fe在HCl及含缓蚀剂HCl介质中自腐蚀电流密度及按下式换算成腐蚀速率（）。数据处理数据处理第22页第22页3600Mi/nF 其中：其中：腐蚀速度（腐蚀速度（gm-2h-1）；）；i钝化电流密度（钝化电流密度（Am-2）；）；MFe摩尔质摩尔质量（量（gmol-1）；）；F法拉第常数法拉第常数（Cmol-1）；）；n发生发生1mol电极反应电极反应得失电子物质量。得失电子物质量。数据处理数据处理第23页第23页1.测定前仔细理解仪器使用办法。测定前仔细理解仪器使用办法。2.电极表面一定要处理平整、光亮、洁净，不能电极表面一定要处理平整、光亮、洁净，不能有点蚀孔。有点蚀孔。注意事项注意事项第24页第24页o（1）平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同。o（2）分析H2SO4浓度对Fe钝化在影响。比较盐酸溶液中加和不加乌洛托品，Fe电极上自腐蚀电流大小。Fe在盐酸中能否钝化，为何?o（3）测定钝化曲线为何不采取恒电流法?o（4）假如对某种体系进行阳极保护，首先必须明确哪些参数?思考题思考题第25页第25页