电化学-4.ppt

实验目的 掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。通过测定Fe在H2SO4、HCl溶液中的阴极极化、阳极极化曲线，求算Fe的自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝化电流等参数。 了解Cl-离子，缓蚀剂等因素对铁电极极化的影响。 讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。 当电极不与外电路接通时，其净电流为零。即Icorr=IFe=-IH≠0。 图1中ra为阴极极化曲线。当对电极进行阴极极化，即加比Ecorr更负的电势，反应[1]被抑制，反应[2]加速，电化学过程以H2析出为主，这种效应称为“阴极保护” 。塔菲尔(Tafel)半对数关系，即： 测量方法 图中W(ork)表示研究电极、C(ounter)表示辅助电极、R(efere -nce)表示参比电极。参比电极和研究电极组成原电池，可确定研究电极的电位。辅助电极与研究电极组成电解池，使研究电极处于极化状态。 在实际测量中，常采用的恒电势法有下列两种： 稳态法：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的变化，直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的稳定电流密度值，以获得完整的极化曲线。 1. 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。每次测量前都需要重复此步骤，电极处理得好坏对测量结果影响很大。 2.测量极化曲线： （1）打开CHI660A工作站的窗口。 （2）将三电极分别插入电极夹的三个小孔中，使电极进入电解质溶液中。将CHI工作站电极接上电解池电极。 （3）测定开路电位。点击“T”（Technique）选中对话框中“Open Circuit Potential-Time”实验技术，点击“OK”。点击“?”（parameters）选择参数，可用仪器默认值，点击“OK”。点击“?”开始实验，测得的开路电位即为电极的自腐蚀电势Ecorr。 （4）开路电位稳定后，测电极极化曲线。点击“T”选中对话框中“Linear Sweep Voltammetry”实验技术，点击“OK”为使Fe电极的阴极极化、阳极极化、钝化、过钝化全部表示出来。初始电位（Init E）设为“-1.0V”，终态电位（Final E）设为“2.0V”，扫描速率（Scan Rate）设为“0.01V/s”灵敏度（sensivitivty）设为“自动”，其它可用仪器默认值，极化曲线自动画出。 （1）分别求出Fe电极在不同浓度的H2SO4溶液中的自腐蚀电流密度、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钝化的影响。 （2）分别计算Fe在HCl及含缓蚀剂的HCl介质中的自腐蚀电流密度及按下式换算成腐蚀速率（υ）。 （1）平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同。 （2）测定钝化曲线为什么不采用恒电流法? （4）如果对某种体系进行阳极保护，首先必须明确哪些参数 ? 各种电化学测试方法与所获得的参数及用途 1 电化学暂态测试方法概述 电化学暂态过程：从电极开始极化到电极过程达到稳态这一阶段称为暂态过程。 原因：电极过程中任一基本过程，如双电层充电、电化学反应或扩散传质等未达到稳态都会使整个电极过程处于暂态过程中，电极电位、电极界面的吸附复盖状态或者扩散层中浓度的分面都可能处在变化之中，因此暂态过程比稳态过程复杂得多：C=f(x) C=f(x,t)。 电化学暂态测试方法（技术）：利用各基本过程对时间响应的不同，使所研究的问题得以简化，达到研究各基本过程和控制电极总过程的方法（技术） 。 操作方式：电化学暂态测试技术也称为电化学微扰测试技术，就是用指定的小幅度电流或电压讯号加到研究电极上，使电极体系发生微弱的扰动，同时测量电极参数的响应来研究电极反应参数。 分类：随极化方式不同，可分为恒电流暂态、恒电位暂态、动电位扫描、交流阻抗法等等。 特点：快速、简便，特别适宜于测定快速电化学反应的参数。 在扩散控制成混合控制的情况下，达到稳态扩散之前，电极表面附近反应粒子的浓度同时是空间位置和时间的函数，反应物的扩散流量与极化时间有关，或者说，决定浓差极化特征的物理量除了浓度C、扩散系数D之外，还有极化时间t。因此在C、D不变的情况下，可以通过改变极化时间 t 来控制浓差极化，因此暂态法是研究浓差极化的一种好方法。 更重要的是，暂态法对于测定快速电化学反应动力学参数非常有利。因为对于浓差极化的影响，很难用稳态法测量快速反应动力学参数。暂态法可以缩短极化时间，使扩散层有效厚度变薄，可大大减小浓差极化的影响。譬如，若能将测量