金属腐蚀与防护课后答案

1、金属腐蚀理论及腐蚀控制习题解答第一章1.根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V-和年腐蚀深度Vp,并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。表1碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据试验介质30% HNO3, 25?C试样材料碳钢铝矩形薄板试样尺寸(mm)20?40?330?40?5腐蚀前重W0(g)18.715316.1820浸泡时间t (hr)4545腐蚀后重Wi (g)18.673916.1347解：由题意得：(1)对碳钢在30%HNQ( 25C)中有:V 一心 W /st=(18.7153-18.6739)45X 2X (20 米20X 升40X 30) X

2、0.000001=0.4694g/ m?h又有 d=m/v=18.7154/20X40X0.003=7.798g/c2?ihVp=8.76V /d=8.76 乂 ON798=0.53mm/y对铝在30%HNQ(25C)中有：V在WT 铝/st=(16.1820-16.1347)2X(30 XM001 升 40X5) ><45块10=0.3391g/m2?hd=m 铝/v=16.1820/30X 40X 5X 0.001=2.697g/cm说明：碳钢的V比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。(2)对不锈钢在20%HNO( 25C)有：2表面积 S=2兀M.015 +2 %X 0

3、.015 X 0.004=0.00179 mV- AVT /st=(22.336722.2743)Q.00179 X 400=0.08715 g尸?h试样体积为：V=x 1.52x 0.4=2.827 c3nd=W/V=22.33672.827=7.901 g/cm3Vp=8.76V /d=8.76 x 0./78905=0.097mm/y2对铝有：表面积 S=2兀M.02 +2兀>< 0.02 X0.005=0.00314 mV- AW /st=(16.964616.9151)Q.00314 X 20=0.7882 g/mh试样体积为：V=兀磔2 x 0.5=6.28 cmd=W

4、/V=16.96466.28=2.701 g/cm3Vp=8.76V /d=8.76 x 027882=2.56mm/y试样在98% HNQ(85C)时有：对不锈钢：V-总W /st=(22.3367-22.2906)0.00179 X 2=12.8771 g/2(miVp=8.76V /d=8.76 x 127J901=14.28mm/y对铝： V 总 W /st=(16.964616.9250)/0.00314X40=0.3153g/ r2?hVp=8.76V /d=8.76 乂 G23703=1.02mm/y说明：硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响。3 .镁在0.5mol/

5、L NaCl溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。试验温度25?C,压力760mmHg；试样尺寸为20?20?0.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vp。(在25?C时水的饱和蒸汽压为 23.8mmHg )解：由题意得：该试样的表面积为:S=2X (20 片2200x 0.5 20X0.5)10X6=840X0 6 m2压力 P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9Pa根据PV=nRT则有放出的氢气的物质的量为:(25273.15)=0.01307moln=PV/RT=98151.9 x 330)/8.315 x2又根据 Mg + 2H

6、>Mg +Mg 腐蚀的量为 n(Mg)=0.01307mol所以： V =nlMg)/St=0.01307 X 24.305804/0X10 6X 100=3.7817 g/ i2?h查表得：dMg=1.74 g/cm3有： Vp=8.76V/d=8.76 x 3.78174=19.04mm/y4 .表面积4cm2的铁试样，浸泡在 5%盐酸溶液中，测出腐蚀电流为Icor = 0.55mA。计算铁试样的腐蚀速度V和Vp。解：由题意得：根据 V A/nF=icor可知=(A/nF) Icor/s=55.845 x 0.55 x 020026.8 x 4X 0.0001=1.4326gh m查

7、表得 d(Fe)=7.8g/ cm3Vp=8.76V /d=8.76 x 1G48=6.61mm/y即铁试样的腐蚀速度 V =1.4326 g俨h Vp=1.61mm/y第二章1 .将铜片和锌片插在 3%NaCl溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位分别为+0.05V和O83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通，原电池开始工作，电流表指示的稳定电流为0.15mA。已知电路的欧姆电阻为 200?。(1)原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec - Ea = ?(2)阳极极化值 ？Ea与阴极极化值？Ec的绝对值之和 ？Ea + ?b将于多少？(3)如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？(4)如果使

8、用零电阻电流表， 且溶液电阻可以忽略不计， 那么电流达到稳态后， 阳极与 阴极的电位差Ec - Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和 ？Ea + ?E ?等于多少？电流表 的指示又为多少？解：由题意得：(1):根据 Ec-Ea=IR则有：Ec-Ea=IR=0.51mA<200=30mV=0.03V即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V： Ea=Ea-Eoa | Ec|=Eoc-Ec Ea+ | Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.05+ 0.83-0.03=0.85V即阳极极化值4Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和为0.85V。(

9、3):如果阳极和阴极都不极化，则有 Pc=0 , Pa=0Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05 0.83)/200=0.0044A=4.4mA即电流表指示应为4.4mA。(4):当使用零电阻电流表时有，阳极与阴极的电位差 Ec=Ea则有:电位差Ec-Ea=0由(2)知：AEea+ | Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-Ec Ea-Eoa)/ 恸=(0.88-0.03)0.15 10 3=5666.7 QI=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.05 0.83)/5666.7=0.000155A2 .某腐蚀体系的

10、参数为:E 0a = -0.4V, E0C = 0.8V, Ecor = -0.2V。当 R = 0 时，Icor = 10mA,该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电阻 R = 90?,那么I?cor =?腐蚀电池又属于什么控制类型？解：由题可知：当R=0时有：Icor=(Eoc-Eoa)/ (Pc+PaPc+Pa=(Eoc-Eoa)Coir= (0.8+0.4) /10 10 2=120QPc=(Eoc-Ec)/cbr=(0.8+ 0.2)/10 1(X 3=100 Q则有 Pa=120-100=20Q因为Pc>>Pa所以该电池属于阳极极化控制。当欧姆电阻R=90Q时有： &#

11、39;Icor =(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA因为R与Pc接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阳极极化共同控制。第三章1.在下列情况下，氧电极反应的平衡电位如何变化：(1)温度升高 10?C (取 Po2 =1atm , pH = 7)。(2)氧压力增大到原来的 10倍(温度25?C)。溶液pH值下降1单位(温度25?C)。解：在中性溶液中，阴极的反应为：O2+2H2O+4e =4OH-其平衡位则为 Ee=E(oh-/o2)+RT In (Poy a(4H -)nF(1)当温度升高10c后有：Ee = E(oh-/o2)+R(T-10)

12、 xln (Po2/ aOH -)nF=E+RT In (Po2/ aOH)+ In PMaOH-nFnF则平衡电位变化量4EeU Ee- EeI0R In (P02/ a* -)nF10R10R 1 4= In P02In aOH -nFnF又因 In a0H =2.3lga(4H ,则有 lga=pH14OH所以：Ee1=10x 8.31/(4 x96500) xIn Po2-10 X 8.37供 X 96500) X4X 2.3 X (7-14)=0+0.01387=0.0139V>0即：温度升高10c后平衡电位正移0.0139V。(2)当氧压力增加到原来的10倍时Ee =E+ R

13、Tln(10Po2/ a：H )=E+ -RT ln10+T In (Po2/a：H-) 2 nFnFnFRT E2= Ee Ee =-y ln10=(8.314 X 298.15)/(4 X 96500) X 2.3=0.0148V>0即氧压力增大到原来的10倍时有氧电极平衡电位正移0.0148V(3)当溶液pH值下降1时有Ee =E+ RT In (Po2/ a：H -)=E+ RT ln Po2-4RTln a°H -3 nFnFnFRT4RT u 'RT4RT u E3= Ee Ee=E ln Po2 -坨 aOH 一 (EHln Po2 - 坨nFnFnFnF

14、aOH )4RT -'_4RT -=-43一2.3(PH 14)+ 市2.3附14)= -RT X 2.3=8.315 298.15 2.3 =0.0591V>0 F96500即pH值下降1个单位，氧电压反应平衡电位正移 0.0591V。2 .将铁置于饱和空气的碱溶液 (pH = 10)中，按阳极反应为(1) Fe + F-+ 2e(2) Fe + 2OH- = Fe(OH» + 2e计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么?解：在pH=10的碱溶液中，去极化还原反应为：O2+2H2O+4e =4OHEe=E (OH-/O2) + RT In (P02/ aOH -)nF_0

15、 0591 16=0.401+ 005911g(0.21/10)4=0.627V(1)当阳极反应为Fe=Fe 2 +2e2有 Fe +2OH=Fe(OH”15查得 KSpFe(OH) = 1.87 次221587a(Fe尸KspFe(OH/aOH =1.87 10/ 10=1.87 构 mol/L由：Fe=Fe 2 +2e2又有 Eea= -0.44N 0.02955lg a(Fe)7=-0.440+ 0.02955lg1.8 10X=-0.639V(2)当阳极反应为Fe+ 2oh=Fe(OH2+2e?4查表有 Ee Fe/(0H)2=-0.875VOH= 10 mol/L4Ee=E + RT

16、 ln(1/aOH)nF4=-0.875+ (8.315 X 298.15)/(2 X 96500) 102X 2.3lg=-0.639V综上则有两种计算所得结果相同，即二者的腐蚀倾向一样。3 .将两根铜棒分别浸于 0.01mol/L CuS04溶液和0.5mol/L CuS04溶液，组成一个金属离子浓 差电池。(1)哪一根铜棒是阳极，哪一根铜棒是阴极？(2)写出阳极反应和阴极反应，计算其平衡电位。该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？2解：(1)铜棒在0.01 mol/LCuSQ溶凝中时有：Cu=Cu+2e2查表得：丫 (Cu )=0.41又根据 Ee=E0+RTln a(Cu 2 )Cu/

17、cu2nF0 059_=0.337+ 00” lg(0.01X 0.41)=0.266V2当铜棒在0.5mol/LCuSQ溶凝中时有：丫 (Cu )=0.0668Ee = E°+ RT In a(Cu 2 )'Cu/cu2nF0 059_=0.337+ 0059 lg(0.5 X 0.0668) =0.293V因为Ee。Ee 即铜在0.01 mol/LCuSO4溶液中的电位比在 Cu / Cu 2Cu / Cu 20.5mol/LCuSO溶液中电位低。故有铜在 0.01 mol/LCuSO溶液中作阳极，而在0.5mol/LCuSQ溶液中的铜棒作阴极。2(2)阳极反应：Cu=C

18、u+2e其平衡电位Eea=0.266V 2'阴极反应Cu+2e =Cu ,其平衡电位Ee =0.293V'(3) Eec=Ee - 9 =0.293V/Cu/cu2'而 Eea=Ee= 0.266VCu /cu2有腐蚀倾向 Eec- Eea=0.293- 0.266=0.027V=27mV即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是27mV第四章1.表面积为20cm2的铁样品浸泡在 PH=1的除氧酸溶液中，经过 50h试验，测得了铁样品 的损失质量为0.1g,已知在铁的表面上析氧反应符合Tafel公式刀=-0.64-0.125lg|i| ,刀的单位为V, i的单位为A/cm 2，试

19、计算：(1) 样品厚度的减少 h(mm);(2)铁电流的腐蚀电流密度icor(A/m2);0.120 104 5021g/m .h(3)铁试样的腐蚀电位 Ecorow解：(1)根据失重腐蚀 V-=st .Vp=8.76 V- =8.76 ¥7.8=1.12 mm/ydfc有h=Vp.t=1.12 X 50/(365 X 24)=0.0064mm即样品的厚度加少量为0.0064mmA 一.(2)根据v icor可知有：nFnFV i cor =A2 26.8 155.820.9606A/m阴极反应2H+2e=H2当pH=1时其平衡电位Eec=-0.0591pH= -0.0591 X 1

20、= -0.059 (V)在腐蚀电位下，阴极反应过电位：?c = /or -Eec = -0.64 0.125 lg icor (V)所以 Eor = -0.64 0.125 lg icor + Eec=-0.64 - 0.125X ( lg0.9606X 10-4) -0.059 =-0.707V (vs SHE) =-0.707V -0.242 = -0.949 (vs SCE)2一2.海水中的含氧量为 3.2mg/L,求一年中锌的消耗量？(氧的扩散层厚度为10 cm ,扩散系数为D=1.9><105 cm2/s,Zn的原子量为65.4)。解：由题知有：在海水中阴极反应为：O2+

21、2H2O+4e=4OH-dNcb cs在稳te条彳时有：|i c|=Nf|=nFDb c 当c减小到零时有| i c |=id=nFD =4X 26.8A.h/mol X 1.中的3人/10 2 cm 32g /mol=4 X 26.8 X 1首次31.2 x-31/032 X 14) X 3600 乂 1旅 102=0.7332A/m . icor=id=0.7332A/m 2查表得 dzn=7.1g/cm 3Zn-2e=Zn2+V 8.76 A有腐蚀深度 Vp=8.76 icordzn d nF8.76 65.4 0.7332 /(7.1 2 26.8)1.104mm/ aA2失重腐蚀速度

22、：V-= icor65.4 0.7332/2 26.8 0.8956g/m2.hnF3对如下两个电极系统：(a) Hg0.1mol/L HCl(b) Pt1mol/L H2SQ分别进行阴极极化，测量数据列于表1。要求：(1)分别画出在汞电极上和钳电极上析氢反应的阴极极化过电位曲线。(2)图上求Tafel斜率bc和交换电流密度i0。(3)为了使电位偏离平衡电位+10mV,需要通入多大的外加极化电流(取n = 1)?比较两个电极的极化性能。表1阴极极化实验数据(25?C)极化电流密度？ic?(A/m2)极化电位E (V, vs SCE)Hg电极Pt电极5X 103-0.53702.5 X 103-

23、0.4991103-1.6164-0.45115X 102-1.5780-0.4040102-1.5085-0.336210-1.38151-1.2665解：(1)对于Hg电极有：阴极反应：2H+2e-=H2有Y=0.796RT2Eec= ln(2H )0.0591 lg(0.1 0.796)0,065(V)nF当 |ic|= 103 A/ m2 即 lg|ic|=3 时有y E Eec 1.6164(VsSce) 0.065 ( 1.6164 0.242) 0.0651.311(V)2同理有：当 |ic|= 5 10 A/mW, lg|ic|=2.7 时有：y 1.5780 0.242 0.

24、0641.272(V)当 |ic|= 102 时，lg|ic|=2, y 1.5085 0.242 0.0651.202(V)当 |ic|=10 时，lg|ic|=1, y 1.3815 0.242 0.0651.080(V)当 |ic|=1 时，lg|ic|=0, y 1.2665 0.242 0.0650.961(V)对于 Pt 电极有：2H+2e=H2,当 H2SO4 为 1mol/L 时丫=0.13RT -2Eec=ln(2H )nF0.0591lg(2 0.13)0.035(V)当 |ic|=5 X 13A/m2即 lg|ic|=3 时有:y E Eec 0.5370(VsSce)

25、0.035 ( 0.5370 0.242) 0.0350.26(V)当|ic|=5X3|0寸,lg|ic|=3.4, y0.4991 0.242 0.0350.222(V)当 |ic|=10 3 时，lg|ic|=3, y0.4511 0.242 0.0350.171(V)当 |ic|= 5 102 时，lg|ic|=2.7,y 0.3362 0.242 0.0350.059(V)当 |ic|= 102 时，lg|ic|=2, y0.3362 0.242 0.0350.059(V)极化曲线如下:0.0-0.2 . Hg电 极、/75 Pt 电 极:-0.4 .位-0.6 电-0.8 -，2、l

26、gic / (A/ m )(2)由图知直线斜率即为 Tafel斜率bc,截距为氢过电位 a。对于 Hg-0.1mol/LHCl 有：1.311 ( 0.961)斜率 0 0.1173 0 .Tafel 斜率 bc=- =0.117V当|ic|取1时有 c = -0.961V,即氢过电位 a= -0.961V，由塔菲尔公式：c bclgi°,得：-0.961= 0.117lg i0则：lg i0 =-7.265即 i0 =5.4 X 18)A/m2对于 Pt-1mol/L H2SO4 有:斜率0.26 ( 0.176)3.75 3 .Tafel 斜率 bc=0.112 V当 |ic|

27、取 1 时有 c= 0.180V,0.112即氢过电位 a= 0.180V由塔菲尔公式:c bclgi), 代入有：0.180= -0.112lg i0得 i° =40.46A/ m 2/Rf(3 )当极化值A E=10mv时，属于微极化范畴，由 Fanardy方程式：i=对于 Hg-0.1mol/LHCl 有：Rf=RT/(i°nF) =8.314 X 298 96500 X T0265) =4.755 X 15)QiHg= r /Rf =0.01/4.755 X 502.1 X 18A/m2对于 Pt-1mol/L H2SO4 有:Rf=RT/(i0nF) =8.314

28、 X 298 96500 X 11G07) =6.346 X 1-4 Qipt= r /Rf =0.01/6.346 X 14=16 A/m 24 .钳电极在充氧的中性水溶液中进行阴极极化，电极表面发生氧离子化反应。利用氧离子化反应的动力学参数 (bc = 0.110V, i0 = 1.198X10l6 mA/cm2 = 1.198X 10-5A/m2),计算当?ic?= 7 x10-2mA / cm2时，阴极极化过电位？，其中浓度极化过电位 ？浓和活化极化过电位？活各占多 大比例？扩散层厚度取？ = 1O2cm,水中溶解氧浓度为 3.2mg/L。比较氢电极反应和氧电极反应的阴极极化特征。3解

29、：浓度极化时有：Cb 3.2mg/ L 3.2 10 3g/L 3.2 10 g/L 10 4mol /L32g/mol极限扩散电流密度id nFDC 时代入数据,则有：4 26.8A/mol 1.9 10 5 10 4 m2/h 3600 10 4 10 3mol/m32id 22 0.733A/m1010 m yc 浓bclg(1 ) 0.110 lg(1 0.%.733)0.525V活化极化时有：|ic |0.75yc活bclg0.110 lgr 0.110 lg(0.58 10 )0.525Vi1.198 10，阴极极化的过电位yc y 浓y 活0.148 ( 0.525)0.673V

30、.有：Wy活今100% 78%Wy浓yc活yc0.1480.673100%22%所以氧电极受浓度极化与活化极化共同控制，其中活化极化占大部分， 而氢电极主要受活化极化控制。5 . 一个活化极化控制腐蚀体系，阴极反应和阳极反应的交换电流密度为i； Tafel斜率为bc、ba；腐蚀电位满足条件Eea?Ecor?Eeco设加入阴极性缓蚀剂，使阴极反应受到抑制，阴极反应交换电流密度改变为(i0)。假定其他参数都不改变，此时腐蚀电位负移到E?cor,腐蚀电流密度下降到i?cor。(1)作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极化曲线图。(2)用图解法求腐蚀电流密度的变化 r = i?cor / icor和腐蚀电位的变

31、化？E = E?or -日or。解：极化曲线如右图；由(1)的极化曲线利用图解法求解得：在 ABC中，1.2直线段位两平行线，则有：,+ CD , t CDba tan ,bc tanDBADba, bc分别为未加入缓蚀剂时阳极反应和加入缓蚀剂后阴极反应的Tafel斜率:根据DBDBAB ABDB ABAD DBCD(DC(CD CDAD而DI.匕;立也知,时的阴极极 化曲统(bc)11 AB,即 DBIgld由图可知有:DB(lg|icor'| lg I icorI)(lg ) 1, abicor(ig|ic0'Iig|ic01),0ic 1(lg 10)icCDi cor

32、1/ I(lg L (cD1 corADBDCD :BD(lg)1,|ic |igicori corbcbc bai¥ lg%,又 icEcor' EcorCDCDBDBD,E Ecor' Ecorbabcba bcic。' lg*icbabcba bcic0' ig%ic6. 一个阳极反应受活化极化控制、阴极反应受浓度极化控制的腐蚀体系，阴极反应的极限扩散电流密度为id ,腐蚀电位为 Ecor。由于搅拌使阴极反应的极限扩散电流密度上升到i?d,阳极反应参数不变；腐蚀电位正移到E?Coro(2 )解：(1)(2)作腐蚀体系的极化曲线图。用图解法求腐蚀电

33、位变化 ？E = E?or - Esoro极化曲线如右图；由(1)极化曲线可知，在 ABC中AC阳极反应的Tafel斜率ba tan ABE腐蚀电位变化 E Ecor' Ecor AC AB tan(lg |id'| lg | id |)tan balg|id'|id |第五章思考题：1 .交换电流密度的概念及意义，与电极反应极化性能的关系；过电位和电极反应速度的关系。动力学方程的一般表达式；Tafel方程式的数学形式、图形表示以及适用条件；极限扩散电流密 度的计算。答：析氢腐蚀的阴极反应是氢离子的还原反应，发生电学腐蚀的条件是Eea < Eec发生析氢腐蚀的体系

34、包括标准电位负值很大的活泼金属；大Me/MenH2/ H7多数工程上使用的金属，如Fe在酸性溶液中，正电性的金属一般不会发生析氢腐蚀。但是当溶液之中含有络合剂使金属离子活度很低时正电性金属也可能发生析氢腐蚀。析氢腐蚀的阴极反应和阳极反应都要受活化极化控制，其电极反应的阻力表现 为交换电流密度的大小，比较电极反应的阻力，则只需比较交换电流密度。因为氢离子还原反应受活化极化控制，因此析氢反应符合Tafel公式：c=a-blgic其中影响0析氢反应动力的有a值，即与i 有关，与材料本身及状态，环境 PH值等有关。 c所以综合其影响因素有：pH值，温度，及溶液中其他组分，金属本身杂质，阴极还 原面积，

35、表面状态等。2 .对受氧扩散控制的吸氧腐蚀体系，当id增加到一定程度，阴极反应将由浓度极化控制转变为浓度极化与活化极化共同影响。这种控制特征的变化与电极金属材料有什么关系？用极化图进行分析。答：在ic «id时，D2的还原反应受活化极化控制，当增加到约 1id时，还原反应 2受活化极化与浓度极化共同控制。当id增大到阳极极化曲线的交点，越出了氧化扩散控制电位，则自然状态下阴极反应不再受浓度极化控制，如曲线 3所示。与阳极极化曲线的交点在混合控制电位区间，必须考虑活化极化作用。在分析腐蚀速度的0影响因素时，应包括氧化极限扩散电流密度id和还原反应交换电流密度i两方面。c3 . (1)在

36、pH = 0的除氧硫酸铜溶液中(aCu20,mol/L ),铜能否发生析氢腐蚀生成 Cu2+?如果能发生，腐蚀倾向是多少伏？(2)在pH = 10的除氧氧化钾溶液中(aCN0.5mol/L),铜能否发生析氢腐蚀？如果能发生,腐蚀倾向是多少伏？设腐蚀生成的Cu(CN)2-离子的活度等于10-4mol/L ,已知电极反应Cu + 2CN- = Cu(CN)2- + e的标准电位E0 = -0.446V。解(1)由题意可知，铜的氧化反应为 Cu=Cu 2 +2eo查表知，铜电极反应的标准电位 E =0.337V则铜的氧化反应的平衡电位为_o RT .2Eea=E+ ln Cu / Cu2F=0.33

37、7+0.5 x 0.059 x lg0.1=0.3075V又在PH=0的除氧硫酸铜溶液中有2h +2e = H 2析氢反应的平衡电位Eec=E o + -RT ln H /Ph2nF得 Eec=- 0.0591 x PH=-0.0591 乂 0=0V由电位比较准则知Eea> Eec所以铜不可能发生析氢腐蚀生成 Cu 由题意可知，铜的氧化反应为 Cu+ 2cn=Cu(CN)2+e该电极反应的标准电位E o=-0.446V则铜氧化反应的平衡电位为o RT .Eea=E+ ln Cu(CN )2 /( CN x CN )42=-0.446+ 0.0591lg10/0.5=-0.647V在PH=

38、10的除氧硫酸铜溶液中有2h +2e = H 2析氢反应的平衡电位 Eec=- 0.0591 XPH=-0.0591X 10=-0.591V由电位比较准则知Eec>Eea所以铜能发生析氢腐蚀。其腐蚀倾向 E=Eec- Eea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV2. (1)推导氢电极反应交换电流密度 i0与溶液pH值的关系式。(2)在1mol/L盐酸溶?中，Fe表面上氢电极反应的i0 = 2.5X 10-6A/cm2 ,在0.01mol/L 盐酸溶?中Fe表面上氢电极反应的i0 = ?(取Tafel斜率b = 0.118V)。(3)当酸溶液的pH值改变一个单位，氢电极反

39、应的Tafel公式中的a的绝对值？a?改变多少伏？解：(1)由 i°=nFk°C H exp(-Eec/ )两边同时去对数得 lnjo=lnnFkO C H exp(-Eec/ )=-2.3 PH代入式中得2.3 lgio=2.3lg(nFkOC) + (2.3PH)/即 lgio= lg(nFkOC H )+ PH=lg(nFkO)-PH+ PH令 lg(nFk°)=k=数，取 =0.5贝U有 lg=k PH+0.5PH= k-0.5PH即氢电极反应交换电流密度与溶液PH值的关系式为lg=k 0.5PH(2)在 1mol/L HCl溶液中：C(H)=1 mol/

40、L PH=- lgH=-lg1=0又 lg=k 0.5PHlg(2.5 10< 6)=k-0得 k=-5.6当为0.01mol/L HCl溶液时不考虑活度，h h+ =0.01 mol/LPH=- lgH =-lg0.01=2lgjo=k- 0.5PH=-5.6-0.5 x 2=-6.6 o667 一 1j =10 =2.5 10 A/cm2考虑活度系数，在1mol/LHCl溶液中h 活度系数为PH=-lgH=-lg0.809=0.092又 lgj°=k 0.5PHlg(2.5 10< 6)=k- 05 x 0.092即 k=-5.556在0.01mol/L HCl溶液中

41、，活度系数为0.904PH=-lgH =-lg(9.04 10X3)=2.044lgj°=k 0.5PH=-0.556-0.5 X 2.044=-6.578j o=2.65 构 7 A/cm2即在0.01mol/L HCl溶液中，不考虑活度系数jo = 10A/cm2,考虑活度系数jo=2.65旬7 A/cm2。(3) PH值改变一个单位时，a=0.118Algjo 又lgj°=( k-0.5pH)-(k-0.5 pH')=0.5(pH'PH)=0.5得 |a =0.118 X 0.5=0.059V=59mV0.8096.67=2.5 10Tafel的公式中

42、的a即当酸溶液PH值改变一个单位，氢电极反应 的绝对值|a改变59mV3.钢制容器用作酸溶液的中间贮槽，与酸溶液接触的表面积为15m2,进入贮槽的酸溶液的工艺条件为：pH = 2.5, 25?C, 1atm ,并含有 4.5mg/L 的溶解氧，流量 0.1m3/min。实验测出容器表面的腐蚀电位Ecor = -0.54V(vsSCE)(1)求钢容器的腐蚀速度。(2)求流出的酸溶液中的氧含量。扩散层厚度取？ = 5X 10-3cm。解：(1)析氢反应阴极2 H +2e = H2Eec=E ° + RT ln h x h/Ph2nF 2.5 =0.05911gH =0.0591 X1=-

43、0.148Vlgi0=-5.602 0.5PH=-5.602-0.5乂 2.5=-6.852o6.8527即 i =10=1.41 10 A/cm2=Ecor+ 0.242-Eec=-0.5务 0.242- (-0.148)=-0.15V由 =-0.118lgic/j00.15/0.1180.15/0.118ic =i M0=1.41 10=2.6 加 6 A/cm2吸氧反应O + 4H +4e=2H O22i=nFDC b/d=4X 96500 X 119 y(1.41 D0 7)/(5 10 3)X0 34-22.6 X0=2.07 10A/cm2i = i + ic =2.07 10 c

44、or d=2.1 10 4 A/cm2因 Vp=8.76H /d mm/y所以 Vp= 8.76d xkA X=nF corV 噂 * cor g/(1rf h) nF cor8 7656 一 44876 X 2.11仅M07.953.6=2.43 mm/y(2)氧消耗速度为:(i d x S)/(Fn) X60XA=(2.07 x 15)/(96500 X4)X 60X32= 0.154 g/min流入酸中的氧流量为0.45 g/min所以剩余氧量为 0.45 0.154=0.296 g/min=2.96 mg/min即钢容器的腐蚀速度为 Vp=2.43 mm/y ,流出的酸溶液中的氧含量为

45、0.296 g/min,即为 2.96 mg/min。第六章1.铁和两种不锈钢在除氧的 0.5mol/L硫酸溶液中的钝化参数列于表1。(在不锈钢表面上析氢反应动力学参数采用铁的数据)(1)这三种体系的阳极反应电流峰值ip分别为多少？(2)如果要由通入氧气来使铁和不锈钢钝化，溶液中最少需要含有多少氧(mg/L)?表1三种腐蚀体系的钝化参数材料溶 液Ep (V)i 致(mA/cm 2)Fe0.5mol/L H2SO4+0.46200Cr25不锈钢0.5mol/L H2SO4-0.1825.4Cr25Ni3不锈钢0.5mol/L H2SO4-0.112.0(1)解：阴极反应：2H+ + 2eH2Ee

46、c 0.0591 lg H查表可得：当硫酸溶液为 0.5mol/L时，=0.154 Eec=0.05911g0.5?2?0.154=-0.048Va-blgic,其中 ic = icEP查表可得：a=-0.70V, b=0.125V.对于 Fe：EP E“ 0.46 0.048 0.508Vic = icEp=2.17?1O10 (A/c m2)故，iP i致 + 1玲=200?103+2.17?1010-20m吊cm =0.2 A/c m2.对于 Cr25不锈钢：Ep Eec 0.18 0.0480.132Vic=iCEP=2.86?1O5 A/c m2_3 5_ _2o故 ip i致 +

47、icEP=25.4?10 +2.86?10 = 2.53?0 A/c m2.对于 Cr25Ni3锈钢：EP Eec011 0.0480.062V ic=fcJEP=7.87?106A/c m2W363o故 ip i 致+ icEP=2?10 +7.87?10 =2?0 A/c m2(2)使铁和不锈钢钝化时应满足：id i pnFDc jp,即：cbipnFD查表可得：D1.9 10 5cm S , F 26.8A.h/mol,210 cm.对于Fe：20.273mol / L23.46 10 mol /Lip 0.2 101=5nFD 4 26.8 1.910360010因为氧含量不能达到 0

48、.273mol/L,不能使Fe钝化 .对于Cr25不锈钢2b i p _2.54 101=5c nFD 4 26.8 1.9103600103.46?102mol/L要彳Cr25不锈钢钝化，溶液中的氧含量至少应为 .对于Cr25Ni3不锈钢：.c332.73 10 mol/Lbip2.10=5cnFD426.81.910360010要彳Cr25Ni3锈钢钝化，溶液中的氧含量至少应为2.73?103mol/L 2.如果钝化体系的真实阳极化曲线与真实阴极极化曲线相交产生三个点时，为 什么会出现阴极极化电流现象？答：在自然腐蚀状态，金属可能发生活性溶解腐蚀，也可能钝化。在阳极极化过 程中由于发生析氧

49、反应，使阴极电流密度ic 3,从而造成i+ 0，表现为阴极 电流，所以实测阳极极化曲线上将出现一段阴极极化电流区。第七章1 .金属表面的膜具有保护性的条件是什么？(1)体积条件(P-B比),氧化物体积与消耗的金属体积之比大于 1是氧化膜具 有保护性的必要条件。(2)膜有良好的化学稳定性，致密，缺陷少，蒸气压低。(3)生成的膜有一定的强度和塑性，与基体结合牢固。否则，由于膜生长过程中体积膨胀产生的内应力向能造成膜的破裂和剥离。(4)膜与基体金属的热膨胀系数差异少， 在温度急剧变化时不致造成膜的破裂。2 .提高合金抗高温氧化性能的途径有哪些？(1)按Hauffe原子价定律，加入适当合金元素，减少氧

50、化膜中的缺陷浓度。(2)生成具有良好保护作用的复合氧化物膜。(3)通过选择性氧化形成保护性优良的氧化膜。(4)增加氧化物膜与基体金属的结合力。在耐热钢和耐热合金中加入稀土元素 能显着提高抗高温氧化性能。3 .已知PdO在850?C时的分解压力等于 500mmHg,在该温度下 Pd在空气中和1atm氧气 中是否能氧化？解：由题意得：2P计O2=2PdO500mmHg的分斛压力P=0.658atmPdO 760mmHg(1)在( 850+ 273.15) K时，1atm中的自由始变化为： G=RTlnPpdo =(8.314 X (850273.15) XJ/mol Po21=-3909.86 J

51、/mol=-3.91kJ/mol因为 P =1atm>P =0.658atm ,所以G=-3.91kJ/mol<0o2PdO根据自由始准则可知金属Pd在1atmO2中能被氧化。(2) P 空气=0.21 atmPd在空气中时有： G= RTlnPpdo =(8.314 x 1123.15 06)P0.21 7=10664.7 J/mol=10.66kJ/mol因为AG0,根据自由始准则知Pd在空气中不能被氧化。4.已知锌发生高温氧化时的P B比等于1.55,锌的密度为7.1g/cm3。在400?C经过120小时氧化，测出增重腐蚀速度为0.063g/m 2?hr。锌试样表面氧化膜的厚

52、度等于多少？解：由题意得：2Zn+ O2=2ZnOP-Btt= Vmeo = JMd_(Mzno=81A=56)Vme nAD1.55=(81 义 7.1g/cm3)/(1 X56X D) (D=5.7g/cm3)又有 V= W/(st)=0.063 g/( m2 h)根据V =-16m可知 V= W/(st尸(Sh 1 D)/(St)=0.2559g/(m2 h)Zn发生氧化时减小的质量为：LW=Sh D (h Zn减小的厚度)11所以：V =AW /(st尸(Sh 1 D)/(St) =0.2559g/(m2 h)h=Vt/d=(0.2559g/( m2 h) X 120)/(7.1 6g

53、/cm3)=4.3257 义 6m而生成氧化膜即ZnO增加的质量为： W=ShD- Sh 1 D(h生成氧化膜厚度)V=(ShD- Sh 1 D)/(St)= Vh=(Vt+h)/D6=(0.063 X 1204.3257 X 60 7.110 )/(5.7 师=6.714 义 60n即生成氧化膜的厚度为6.714 X1tm。第八章1.氯离子活度对四种不锈钢的击穿点位Eb的影响分别为:(1) Cr17 Eb=-0.084lgaC-+0.020(V)(2) Cr18Ni9 Eb=-0.115 lgaC- +0,247(V)(3) Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 IgaCl- +0.49=0.48(v) (V)(4 ) Cr26M01 Eb=-0.198lgaC- +0.485(V)排出在3%的NaCl溶液和2mol/LNaCl溶液中这4种不锈钢的耐腐蚀性能的顺序。解：(1) 在2mol/L的NaCl溶液中有： r=0