阳极极化曲线的测定

1. 燕山大学环境与化学工程学院 阳极极化曲线的测定 实验目的 实验原理 实验仪器 实验步骤 数据处理 实验讨论

2. 实验目的 • 了解金属钝化行为的原理和测量方法。 • 了解恒电位仪的原理，掌握现有恒电位仪的使用方法。

3. 实验原理 • 在以金属作阳极的电解池中通过电流时，通常将发生阳极的电化学溶解过程。如阳极极化不大，阳极溶解的速度随电势变正而逐渐增大，这就是金属的正常阳极溶解。在某些化学介质中，当电极电势正移到某一数值时，阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象叫金属的钝化。 • 处在钝化状态的金属的溶解速度是很小的，这在金属防腐及作为电镀的不溶性阳极时，正是人们所需要的。而在另外的情况如化学电源、电冶金和电镀中的可溶性阳极，金属的钝化就非常有害。利用阳极钝化，使金属表面生成一层耐腐蚀的钝化膜来防止金属腐蚀的方法，叫做阳极保护。

4. a 活性溶解区 b 钝化过渡区 阳极电势 c 钝化过渡区 + d 过钝化区 e 电流密度 阳极极化曲线 用恒电势法测定的阳极极化曲线如图所示

5. 曲线表明，电势从a点开始上升（即电势向正方向移动），电流也随之增大，电势超过b点以后，电流迅速减至很小，这是因为在碳钢表面上生成了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。到达c点以后，电势再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的，很小的数值上。电势升至d点后，电流又随电势的上升而增大。从a点到b点的范围称为活性溶解区；b点到c点称为钝化过渡区；c点到d点称为钝化稳定区；d点以后称为钝化区。对应于b点的电流密度成为致钝电流密度；对应于c～d段的电流密度称为维钝电流密度。如果对金属通以致钝电流（致钝电流密度与表面积的乘积）使表面生成一层钝化膜（电势进入钝化区），再用维钝电流(维钝电流密度与表面积的乘积）保持其表面的钝化膜不消失，金属的腐蚀速度将大大降低，这就是阳极保护的基本原理。曲线表明，电势从a点开始上升（即电势向正方向移动），电流也随之增大，电势超过b点以后，电流迅速减至很小，这是因为在碳钢表面上生成了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。到达c点以后，电势再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的，很小的数值上。电势升至d点后，电流又随电势的上升而增大。从a点到b点的范围称为活性溶解区；b点到c点称为钝化过渡区；c点到d点称为钝化稳定区；d点以后称为钝化区。对应于b点的电流密度成为致钝电流密度；对应于c～d段的电流密度称为维钝电流密度。如果对金属通以致钝电流（致钝电流密度与表面积的乘积）使表面生成一层钝化膜（电势进入钝化区），再用维钝电流(维钝电流密度与表面积的乘积）保持其表面的钝化膜不消失，金属的腐蚀速度将大大降低，这就是阳极保护的基本原理。 • 若用恒电流法，则极化曲线的abc段就作不出来，所以需要用恒电势法测定阳极钝化曲线。

6. 实验仪器

7. 实验步骤 • 恒电位仪预热：打开电源开关，将工作键置“断”，电流选择键置“1A”，工作方式恒电位”，预热约30分钟。 • 安装仪器：抛光研究电极，将电解液装入电解池，按装置图连接线路。 • 阳极极化，净化电极：将工作键置“通”，负载选择置“电解池”，调整给定电压1-1.2V，约1分钟后进行后步操作。 • 测量开路电势：将工作方式置“参比测量”，其余不变。记下电压表值，该值即为开路时参比电极相对于研究电极的电位差。 • 测量极化电流：按工作方式置“恒电位”，负载选择置“模拟”，调整内给定电压正好等于开路电位值，将负载选择置“电解池”（此时 电流原则上为“0”）。将电压表值每次减小50mv,记录相应电压时的电流值，直至约-1.0v，研究电极有大量气泡逸出，结束测量。 • 将工作键置“断”，取出电极用水冲洗干净。

8. 数据处理 • 以E（相对于饱和甘汞电极）为纵坐标，lgi(i为电流密度)为横坐标作图。 • 从阳极极化曲线上找出维钝电势范围和维钝电流密度（Am-2)。 • 根据法拉第定律，计算金属的腐蚀速度：k=(Im·t ·n)/（26.8 ·ρ ·1000）mm/年 式中：Im—维钝电流密度， Am-2； t —时间h（一年按330天计，工24×330h); n—金属的电化当量，g(Fe3+为56/3=18.7g); ρ—金属的密度，g.cm-3(对碳钢， ρ=7.8g.cm-3）。

9. 实验讨论 • 阳极保护的基本原理是什么？什么样的介质才适于阳极保护？ • 什么是致钝电流和维钝电流？它们有什么不同？ • 在测量电路中，参比电极和辅助电极各起什么作用？ • 测定阳极钝化曲线为什么要用恒电位仪？ • 开路电位、析o2电势和析H2电势各有什么意义