实验四Ni在H2SO4溶液中的钝化及cl的活化作用

电化学基础实验报告姓名学号实验日期一. 实验目的(1) 掌握线性扫描技术(2) 掌握电化学钝化的原理(3) 掌握卤素离子的活化行为二. 实验原理(1) 金属Ni的性质Ni外围电子排布3d84s2,位于第四周期第训族，化学性质较活泼查表可知 /n=-0.230V，说明Ni具有较好的还原性作为阳极发生阳极溶出Ni 2ef Ni2+(2) 金属钝化金属在介质中强烈溶解的性质叫“活性”； 金属在介质中具有极低溶解速度的性质叫“钝性”； 金属由“活态”到“钝态”的转变叫“钝化”；【1】 能使金属发生钝化的物质称为“钝化剂”，氧气是一种常见的钝化剂。(3) 金属钝化的特点： 腐蚀速度大幅下降电位正移 钝化只发生在金属表面【1】(4) 钝化的分类化学钝化：金属与钝化剂作用而产生的钝化又称自钝化； 电化学钝化(阳极钝化)：外电流使金属阳极钝化，使其溶解速度大幅降低， 并保持咼度稳定性；机械钝化：在一定环境中，金属表面积累出一层较厚的但不同程度的疏松盐层， 起到机械隔离反应物的作用。【1】(5) Ni电极表面形成钝化层 电位 图1金属钝化曲线示意图AB段(活性溶解区):Ni 2e-Ni2+， 阳极电流随电位的变化符合Tafel 关系BC段(钝化过渡区)：B点电流称 为钝化电流i ，对应电位称为临 钝界电位E，电位过B点后，金属钝开始钝化，由于氧化膜覆盖其溶解 速度不断降低并过渡到钝化状态 CD段(稳定钝化区)：酸性环境中 Ni+H 0NiO+2H+2e-，在该区域中2金属的溶解速度基本不随电位改 变，此时的电流称为钝态金属的稳 定溶解电流(简称维钝电流)DE段(过钝化区)析氧或钝化膜破 【2】【3】1引用材料腐蚀与防护2引用线性电位扫描法测定镍的钝化行为3引用金属Ni阳极溶解于钝化的机理研究（6）钝化参数钝化电流i :表示腐蚀体系钝化的难易程度，i越小越容易钝化； 钝化电位E钝：阳极极化时，必须使极化电位超过该电位，才能使金属钝化， 钝E越负，表明体系越易钝化；1钝维钝电流密度i :对应于金属钝化后的腐蚀速度，i越小，钝化膜的保护维维性能越好；维钝区电位范围越宽，表明金属钝态越稳定；【1】钝化区的性质与金属种类 和溶液有关。（6）影响钝化的因素金属材料（Ti、Al、Cr、Mo、Fe、Mn、Zn、Pb、Cu 钝化能力减）； 钝化剂一一能使金属钝化的介质（氧化性介质、还原性介质）； 温度（化学吸附和氧化反应都是放热反应，降温有利于反应进行）； 破坏金属的钝态因素。【1】（7）破坏金属钝化的因素活性离子（尤其是氯离子）和还原性气体（如氢）；非氧化性酸（如盐酸）和碱溶液（能破坏两性金属如铝的钝态）； 阴极极化；机械磨损。【1】（8）吸附理论金属表面（或部分表面）上形成了氧或含氧粒子的吸附层，使金属表面的化学结 合力饱和，阳极反应活化能增大，因而金属的溶解速度降低。吸附理论强调钝化 是金属反应能力降低造成的，而不是膜的机械隔离。【4】例如Pt表面吸附O.（9）成相膜理论金属表面生成成相的保护性固体产物膜（多为氧化物膜），将金属与溶液机械 隔开。由于氧化物膜溶解速度很小，使金属的腐蚀速度大大降低。【4】（10）氯离子对钝化膜的破坏原因按照吸附理论，因为氯离子有很强的特性吸附能力，与氧竞争吸附，一旦氯 离子优先吸附，把金属表面的氧排挤掉，导致金属钝态遭到局部破坏，产生 点蚀。按照成相膜理论，因为氯离子半径较小，穿透能力强，比其他离子更容易透 过薄膜中的小孔或缺陷，与金属作用生成可溶性化合物。（11）提高金属材料的钝化性能钢铁采用浓硝酸、亚硝酸钠、重铬酸钾等溶液进行钝化处理； 将钝化性很强的金属加到钝化性能较弱的金属（如铁）中，组成固溶体合金； *含铬量12%以上的铁铬合金常称为不锈钢。【1】（12）金属自钝化保证金属的电位正移到稳定钝化区【1】典例：阳极保护法三. 操作步骤与数据处理操作步骤（1）电解液的配制空白组：取适量水于烧杯中，用移液管量取6.8mL浓硫酸（18.4M），缓慢加 入烧杯中并用玻璃棒搅拌，将稀释后的溶液加入250mL容量瓶加水定容。 工作组：分别称取0.0373g,0.0745g,0.1491g KCL,分别溶解并加入含6.8mL 浓硫酸的容量瓶中加水定容，获得2mmol/L,4mmol/L,8mmol/L的工作溶液。（2）电极的选择本实验选用三电极体系测定Ni电极表面的线性扫描图工作电极：2mm圆盘电极Ni对电极：钛电极参比电极：Ag-Agcl,屮Agcl/Ag=0.222V,并使用鲁金毛细管以减小溶液电阻（3）装置的链接用刚玉粉末作为抛光粉处理工作电极活性表面，并用去离子水洗净； 工作电极一绿色夹子，对电极一红色夹子，参比电极一白色电极； 实验开始前要除去电极表面的气泡；确保鲁金管的电解液没过参比电极，并让鲁金管靠近Ni电极（4）电化学工作站参数设置为观察到金属阳极溶出，应由最负的电势开始扫描；开启微机，进入电化学工作站软件操作系统，执行Setup菜单中的Technique 命令，选择 Linear Sweep Voltammetry 实验技术，进入Parameters 设置扫描参数，Init E 为-0.1V, High E 为 1.5V, LowE 为-0.1V, Initial Scan为Negative. Sweep Segments 为 2, Scan Rate 为 0.02V/s, Quiet Time 300S, Sensitivity 为 1E-3A。（5）每次测量前都要用抛光粉重新打磨电极； 更换电解液时要保证鲁金管内的电解液也更换。数据处理（1）空白组 0.5MHS0有图可知：i =-0.0007A,E =0.0606V，i =-0.00002A,稳定钝化区间 0.5852A钝钝维（2）0. 5MH SO +2mmol/L KCL242mM KCL+0.5M H SO24有图可知：i =-0.0026A,E =0.1140V, i =-0.000003A,稳定钝化区间 0.6199V钝钝维(3) 0.5MH SO+4mmol/L KCL24有图可知：i =-0.0059A,E =0.1645V, i =-0.000007A,稳定钝化区间 0.7096V钝钝维(4) 0.5MH SO +8mmol/L KCL24有图可知：i厂0.0071A,E钝=0.1849V, i厂0.00001A,稳定钝化区间0,7132VPotential (V)由图可知：随着金属钝化的进行，电位正移；i ,E随溶液中氯离子浓度的增加而增大；从绘制金属钝化曲线可以看出，电流在一定范围内随着电势的升高而增大，说明 此时镍金属处于正常溶解状态，还没有钝化；当电流到达钝化电流的最大值时， 电极电势开始急剧下降并趋于一个稳定的值，此时镍处于钝化状态，金属的溶解 速率基本不随电势而改变，电流成为钝态金属的稳定溶解电流；随后阳极电流重 新随着电势的正移而增大，进入过钝化区。-0.00001由图可知：钝化区电流随电极电势的变化很小；维钝区电位范围随溶液中氯离子浓度增大而变窄;四. 实验结论（1）随着金属钝化的进行，电极电位正移，因为金属表面形成的氧化膜会阻碍 金属的溶出。（2）i ,E随溶液中氯离子浓度的增加而增大，说明氯离子的存在不利于金属 钝化的进行,需要更高的电势才能让金属钝化。（3）稳定钝化区金属的溶解速率基本不随电势而改变，金属的溶解速率与电流 有关。（4）Flade电位与维钝电位接近，E =E 0-O.O592PH，说明金属的钝化受溶液PH,F F影响。（5）维钝区电位范围随溶液中氯离子浓度增大而变窄，说明氯离子的存在会加 速金属电极表面氧化膜的溶解。（6）金属钝化会让腐蚀速度明显降低，有利于减少金属的腐蚀，运用电化学方 法可以有效控制金属的钝化和溶解。