电化学综合实验教材分析报告.doc

实验 线性电位扫描法测试阳极极化曲线 一、实验目的 1.掌握阳极极化曲线测试的基本原理和方法； 2. 测定镍电极在电解液中有无Cl-存在条件下的阳极极化曲线； 3 . 通过实验巩固对电极钝化与活化过程的理解。 二、实验原理 线性电位扫描法是指控制电极电位在一定的电位范围内，以一定的速度均匀连续变化，同时记录下各电位下反应的电流密度，从而得到电位电流密度曲线，即稳态极化曲线。在这种情况下，电位是自变量，电流密度是因变量，极化曲线表示稳态电流密度与电位之间的函数关系i= f（φ）。 线性电位扫描法可测定阴极极化曲线，也可测定阳极极化曲线。特别适用于测定电极表面状态有特殊变化的极化曲线，如测定具有阳极钝化行为的阳极极化曲线。用线性电位扫描法测得的阳极极化曲线如图-1 的曲线ABCD 所示。整个曲线可分为四个区域。 图-1 控制电位法测得的金属阳极极化曲线 AB 段为活性溶解区，此时金属进行正常的阳极溶解，阳极电流随电位改变服从Tafel 公式的半对数关系；BC 段为过渡钝化区，此时由于金属开始发生钝化，随电极电位的正移，金属的溶解速度反而减小了；CD 段为稳定钝化区，在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位而改变；DE 段为过度钝化区，此时金属溶解速度重新随电位的正移而增大，为氧的析出或高价金属离子的生成。 从这种阳极极化曲线上可以得到下列一些参数：φc (临界钝化电位)，ic (临界钝化电流密度)。这些参数用恒电流法是测不出来的。可见，线性电位扫描法对金属与溶液相互作用过程的描述是相当详尽的。 从上述极化曲线可以看出，具有钝化行为的阳极极化曲线的一个重要特点是存在着所谓负坡度区域，即曲线的BCD 段。由于这种极化曲线上每一个电流值对着几个不同的电位值，故具有这样特性的极化曲线是无法用恒电流法测得的。因而线性电位扫描法是研究金属钝化的重要手段，用线性电位扫描法测得的阳极极化曲线可以研究影响金属钝化的各种因素。 影响金属钝化的因素很多。 (1)溶液的组成 溶液中存在的H+、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子，对金属的钝化行为有着显著的影响。在酸性和中性溶液中随着H + 浓度的降低，临界钝化电流密度减小，临界钝化电位也向负移。卤素离子，尤其是Cl-则妨碍金属的钝化过程，并能破坏金属的钝态，使溶解速率大大增加。某些具有氧化性的阴离子(如CrO4—等)则可促进金属的钝化。 (2) 金属的组成和结构 各种金属的钝化能力不同。以铁族金属为例，其钝化能力的顺序为CrNiFe 。在金属中加入其他组分可以改变金属的钝化行为，如在铁中加入镍和铬可以大大提高铁的钝化倾向及钝态的稳定性。 (3) 外界条件 温度、搅拌对钝化有影响。一般来说，提高温度和加强搅拌都不利于钝化过程的发生。 三、仪器与试剂 1.实验仪器 CHI 电化学工作站1 台，镍电极(单面表面积为lcm2 ，另一面用石蜡封住) 1个，硫酸亚汞电极1 个，铂电极1 个。 2. 试剂及材料 0.5mol/L H2SO4 溶液，0.5mol/ L H2SO4 + 0. 005mol/L KCl 溶液，0.5mol/ H2SO4 十0. 05mol/L KCl 。 四、实验步骤 采用CHI 电化学工作站中的线性电位扫描法分别测量镍在下面3 种溶液中的极化曲线： (1) 0.5mol/L H2SO4溶液中的阳极极化曲线; (2) 0.5mol/ L H2SO4 +0. 005mol/L KCl 溶液中的阳极极化曲线; (3) 0.5mol/L H2SO4 十0. 05mol/L KCl 溶液中的阳极极化曲线。 扫描速度0. 005V /S；电位扫描范围：一0. ~ 1. 4V 。 1.接好线路。 2. 测量阳极极化曲线 (1)将待测镍电极的一面用金相砂纸打磨，除去氧化膜，用丙酮洗涤除油。再用脱脂棉沾酒精擦洗，用蒸馏水冲洗干净，再用滤纸吸干，放进电解池中。电解池中的辅助电极为铂电极，参比电极为硫酸亚汞电极，电解池中注入0.5mo l/ L H2SO4溶液。 (2) 启动工作站，运行CHI 测试软件。在Setup 菜单中点击Technique 选项。在弹出菜单中选择Linear Sweep Voltammetry 测试方法，然后点击OK按钮。 (3) 在Setup 菜单中点击Parameters 选项。在弹出菜单中输入测试条件：Init E 为一0. V，Final E 为1. V，Scan Rate 为0. 005V / s，Sample Interval 为0.001 V，Quiet Time 为2s，Sensitivity 为1. e 一006，选择Auto-sensitivity 。然后点击OK 按钮。 (4) 在Control 菜单中点击Run Experiment 选项，进行极化曲线的测量。 (5