实验二十七电极电位及极化曲线测定4学时

LOGO 实 验 二 十 七 、 电 极 电 位 及极 化 曲 线 测 定 （ 4学 时 ） 目 录实 验 目 的1 实 验 原 理2 实 验 仪 器 和 材 料3 实 验 步 骤4 实 验 结 果 与 思 考 题5 实 验 目 的v 掌 握 电 极 电 位 的 测 定 方 法v 了 解 金 属 材 料 及 环 境 介 质 对 电 极 电 位 的 影 响v 掌 握 测 量 电 极 极 化 曲 线 的 方 法 实 验 原 理v 1 电 极 电 位 的 定 义v 浸 在 某 一 电 解 质 溶 液 中 并 在 其 界 面 发 生 电 化 学 反 应 的导 体 称 为 电 极 。 当 金 属 与 电 解 质 溶 液 接 触 时 ， 在 金 属 /溶液 界 面 处 将 产 生 电 化 学 双 电 层 ， 此 双 电 层 的 金 属 相 与 溶 液相 之 间 的 电 位 差 称 为 电 极 电 位 。v 单 个 电 极 上 双 电 层 电 位 差 的 绝 对 值 ， 即 当 个 金 属 的 绝对 电 位 无 法 测 定 。 但 两 个 绝 对 电 极 电 位 之 差 （ 即 相 对 电 极电 位 ） 是 可 以 精 确 测 量 的 。 只 要 参 比 电 极 的 电 极 电 位 （ 作为 比 较 基 准 的 电 极 电 位 ） 是 稳 定 不 变 的 ， 那 么 就 可 以 测 定所 研 究 电 极 电 位 的 相 对 值 。 实 验 原 理 2 电 极 电 位 的 测 量 技 术v 金 属 腐 蚀 研 究 中 的 电 极 电 位 测 量 一 般 有 两 类 ： 1） 测 量 腐蚀 体 系 无 外 加 电 流 作 用 时 的 自 然 腐 蚀 电 位 及 其 随 时 间 的变 化 ； 2） 测 量 金 属 在 外 加 电 流 作 用 下 的 极 化 电 位 及 其 随时 间 的 变 化 。v 电 极 电 位 的 测 量 比 较 简 单 ， 但 技 巧 性 强 。 除 了 研 究 电 极外 ， 还 需 要 一 个 参 比 电 极 、 电 位 测 量 仪 和 电 解 池 。 可 以采 用 各 种 形 状 和 尺 寸 的 金 属 试 样 ， 这 对 电 位 测 量 结 果 几乎 没 有 影 响 ， 但 试 样 的 表 面 状 态 （ 如 洁 净 度 、 膜 状 态 ）则 有 显 著 影 响 。 v测 量 电 极 电 位 时 ， 必 须 保 证 由 研 究 电 极 和 参 比 电 极 组 成的 测 量 回 路 中 无 电 流 流 过 ， 或 流 过 的 电 流 小 到 可 以 忽 略的 程 度 ， 否 则 将 由 于 电 极 本 身 的 极 化 和 溶 液 内 阻 上 产 生的 欧 姆 电 压 降 而 引 起 测 量 误 差 。 因 此 电 位 测 量 仪 器 应 具有 很 高 的 输 入 阻 抗 。 稳 定 可 靠 的 参 比 电 极 是 保 证 准 确 测量 电 极 电 位 的 另 一 重 要 条 件 ， 参 比 电 极 是 一 种 可 逆 的 电极 体 系 ， 在 规 定 条 件 下 具 有 稳 定 重 现 的 可 逆 电 极 电 位 。参 比 电 极 与 研 究 电 极 之 间 的 溶 液 的 欧 姆 降 必 定 也 会 给 电位 测 量 带 来 误 差 ， 在 高 电 阻 率 溶 液 或 较 大 电 流 通 过 的 情况 下 ， 这 种 误 差 更 为 显 著 。 v 消 除 欧 姆 降 一 般 可 以 采 用 下 列 方 法 之 一 ： 使 鲁 金 毛 细 管 尽 量 接 近 研 究 电 极 表 面 ； 调 节 鲁 金 毛 细 管 相 对 研 究 电 极 于 不 同 距 离 处 测 量 电 极电 位 ， 外 推 到 距 离 为 零 ， 即 为 消 除 欧 姆 降 影 响 的 电 位值 ； 用 高 频 电 导 仪 预 先 测 定 鲁 金 毛 细 管 与 研 究 电 极 之 间 的溶 液 电 阻 ， 然 后 按 外 加 电 流 计 算 修 正 欧 姆 降 影 响 ； 用 断 电 流 法 消 除 欧 姆 降 ； 用 桥 式 电 路 测 量 电 极 电 位 ； 采 用 背 侧 鲁 金 毛 细 管 ； 采 用 可 自 动 补 偿 欧 姆 降 的 电 子 电 路 。 v 在 外 加 电 流 作 用 下 ， 电 极 电 位 发 生 变 化 的 现 象 称 之 为 电极 的 极 化 ， 电 极 电 位 与 电 流 （ 电 流 密 度 ） 的 关 系 曲 线 称 之为 极 化 曲 线 。 从 极 化 曲 线 的 形 状 可 以 看 出 电 极 极 化 的 程 度 ，从 而 判 断 电 极 反 应 过 程 的 难 易 。 极 化 曲 线 的 测 定 及 分 析 是揭 示 金 属 腐 蚀 机 理 和 探 讨 控 制 腐 蚀 的 措 施 的 基 本 方 法 之 一 。极 化 曲 线 测 量 技 术 一 般 可 以 分 为 两 类 ：v控 制 电 流 法 (恒 电 流 法 )， 以 电 流 为 自 变 量 ， 测 量 相 应 的 电极 电 位 随 电 流 变 化 的 函 数 关 系 ， 包 括 充 电 曲 线 法 和 断 电 流法 （ 电 极 电 位 时 间 曲 线 ） ；v控 制 电 位 法 （ 恒 电 位 法 ） ， 以 电 位 为 自 变 量 ， 测 量 相 应 的电 流 随 电 位 变 化 的 函 数 关 系 。实 验 原 理 3 极 化 曲 线 测 量 v控 制 电 流 法 和 控 制 电 位 法 各 有 特 点 和 适 用 范 围 。 前 者 简单 易 行 ， 主 要 用 于 一 些 不 受 扩 散 控 制 的 电 极 过 程 和 整 个过 程 中 电 极 表 面 状 况 不 发 生 很 大 变 化 的 电 化 学 反 应 ； 后者 一 般 用 于 研 究 一 些 在 电 极 过 程 中 表 面 发 生 很 大 变 化 的电 极 反 应 ， 如 具 有 活 化 钝 化 转 变 行 为 的 阳 极 极 化 曲 线 。v极 化 曲 线 的 测 定 需 要 同 时 测 量 研 究 电 极 上 流 过 的 电 流 和电 极 电 位 ， 因 此 一 般 采 用 三 电 极 体 系 ， 即 由 极 化 电 源 、电 流 与 电 位 检 测 、 电 解 池 与 电 极 系 统 构 成 两 个 回 路 ： 极化 电 路 （ 电 流 测 量 回 路 ） 和 电 位 测 量 回 路 。 稳 态 极 化 测 量 最 基 本 的 极 化 电 源 是 恒 电 位 仪 。测 定 动 电 位 极 化 曲 线 的 动 态 扫 描 测 试 系 统 由 恒 电 位 仪 、信 号 发 生 器 、 记 录 仪 等 组 成 ， 现 在 一 般 使 用 恒 电 位 与计 算 机 联 机 使 用 ， 配 合 适 当 的 测 试 软 件 进 行 自 动 测 试 。 图 1 极 化 曲 线 测 试 示 意 图 实 验 仪 器 和 材 料v 1、 实 验 仪 器 ： 直 流 数 字 电 压 表 、 恒 电 位 仪 、 电 化 学 测试 系 统 、 烘 箱 、 游 标 卡 尺 、 极 化 池 、 饱 和 甘 汞 电 极 、 铂金 电 极 、 铜 电 极 、 碳 钢 电 极 、 搅 拌 器 等 ；v 2、 化 学 试 剂 ： NaCl、 NaOH等 。 实 验 步 骤v 1 实 验 溶 液 的 配 制v 1)用 去 离 子 水 配 制 3.5% NaCl溶 液v 2)用 去 离 子 水 配 制 10% NaOH溶 液v 2 电 极 电 位 的 测 量v 按 照 附 录 1的 方 法 制 备 铜 电 极 和 碳 钢 电 极 ， 用 游 标 卡 尺 测定 电 极 暴 露 面 积 （ 1cm2左 右 ） ， 待 用 。v 分 别 采 用 直 流 数 字 电 压 表 和 恒 电 位 仪 （ 附 录 2） 测 定 铜 、碳 钢 电 极 在 氯 化 钠 和 氢 氧 化 钠 溶 液 中 的 自 腐 蚀 电 位 。 v 3 极 化 曲 线 的 测 定v 1)打 开 电 化 学 测 试 系 统 ， 预 热 10分 钟 。v 2)准 备 好 电 解 池 ， 以 铜 电 极 为 研 究 电 极 、 铂 金 电 极 为 辅助 电 极 、 饱 和 甘 汞 电 极 为 参 比 电 极 ， 分 别 将 其 与 测 试 系统 对 应 的 接 线 柱 相 连 ， 此 时 系 统 恒 电 位 仪 上 显 示 的 即 为体 系 的 开 路 电 位 （ 自 腐 蚀 电 位 ） 。v 3)按 启 动 测 试 系 统 软 件 ， 设 置 电 解 池 参 数 ， 选 择 动 电 位扫 描 测 试 方 法 。 取 文 件 名 ， 设 定 起 始 扫 描 电 位 为 相 对 开路 电 流 -200mV， 终 止 电 位 相 对 开 路 电 位 1.0V， 扫 描 速 度为 0.66mV/s（ 扫 描 周 期 1200s） ， 实 验 结 束 条 件 选 中“ 实 验 结 束 ” 选 项 。 按 开 始 按 钮 ， 同 时 将 恒 电 位 仪 面 板上 的 极 化 按 钮 打 至 极 化 ， 测 试 开 始 。 测 试 结 束 后 ， 可 以使 用 Origin软 件 对 数 据 进 行 处 理 。 v4)同 样 步 骤 分 别 测 试 扫 描 速 度 1 mV/s、 2mV/s铜 电 极 试 样的 极 化 曲 线 。v5)采 用 碳 钢 作 为 研 究 电 极 进 行 同 样 的 测 试 。v6)同 样 的 步 骤 ， 测 定 采 用 搅 拌 后 的 极 化 曲 线 。v7)测 试 结 束 ， 依 次 关 闭 恒 电 位 仪 、 推 出 测 试 系 统 。 实 验 结 果 与 思 考 题v 1、 记 录 不 同 的 介 质 /材 料 的 自 腐 蚀 电 位 ， 分 析 影 响 因 素有 哪 些 ？v 2、 比 较 各 自 极 化 曲 线 的 不 同 ， 讨 论 扫 描 速 度 和 外 加 搅拌 对 极 化 曲 线 影 响 ？