金属腐蚀理论复习题(共33页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上金属腐蚀理论及腐蚀控制复习题第1章 绪论思考题1.举例说明腐蚀的定义，腐蚀定义中的三个基本要素是什么，耐蚀性和腐蚀性概念的区别。答：腐蚀的定义：工程材料和周围环境发生化学或电化学作用而遭受的破坏 举例：工程材料和周围环境发生相互作用而破坏 三个基本要素：腐蚀的对象、腐蚀的环境、腐蚀的性质。 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。腐蚀性：指环境介质对材料腐蚀的强弱程度。2.金属腐蚀的本质是什么，均匀腐蚀速度的表示方法有哪些？答:金属腐蚀的本质：金属在大多数情况下通过发生化学反应或是电化学反应后，腐蚀产物变为化合物或非单质状态；从能量观点看，金属与周围的环境组成了热力学上

2、不稳定的体系，腐蚀反应使体系能量降低。 均匀腐蚀速度的表示方法：深度：年腐蚀深度 （）VP= h是试样腐蚀后厚度的减少量，单位mm;V-代表失重腐蚀速度； t是腐蚀时间，单位y；d是金属材料的密度；VP所以的单位是mm/y。增重：V+= = W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g； S代表试样暴露的表面积，单位m2； t代表腐蚀的时间，单位h。失重：失重腐蚀速度()= = W0代表腐蚀前金属试样的质量，单位g； W1代表腐蚀以后经除去腐蚀产物处理的试样质量，单位g； S代表试样暴露的表面积，单位m2； t代表腐蚀的时间，单位h。 计算题计算

3、题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 解：由题意得：（1）对碳钢在30%HNO3( 25)中有：V=W/st=(18.7153-18.6739)/45×2×(20×4020×340×30)×0. =0.4694 g/h又d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2h Vp=8.76V/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y对铝在30%HNO3(25)

4、中有：V=W铝/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×4030×540×5)×45×10-6 =0.3391g/hd=m铝/v=16.1820/(30×40×5×0.001)=2.697g/cm3说明：碳钢的V比铝大，而Vp比铝小，因为铝在腐蚀的时候产生的是点腐蚀（2）对不锈钢在20%HNO3( 25)有：表面积S=2×0.01522×0.015×0.004=0.00179 m2V=W/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400

5、=0.08715 g/ m2h 试样体积为：V=×1.52×0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76V/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y对铝有：表面积S=2×0.0222×0.02×0.005=0.00314 m2 V=W/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2h 试样体积为：V=×22×0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/c

6、m3Vp=8.76V/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y试样在98% HNO3(85)时有：对不锈钢：V=W/st=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2hVp=8.76V/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y对铝：V=W/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2hVp=8.76V/d=8.76×0.3153/2.701=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0.5mo

7、l/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(760mmHg=1atm=Pa);试样尺寸为20mm×20mm×0.5mm的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vp。（在25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=2×(20×2020×0.520×0.5)×10-6 =840×10-6m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：n=PV/RT=98

8、151.9×330×10-6/8.315×(25273.15)=0.01307mol 又根据Mg 2H+Mg2+H2Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol所以：V=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840×10×10-6×100 =3.7817g/m2·h查表得：dMg=1.74 g/cm3有： Vp=8.76V/d=8.76×3.7817/1.74=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

9、V- 和VP。解：由题意得：根据V=A/nF=icor可知V=（A/nF）Icor/s=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/ m2h查表得d(Fe)=7.8g/ cm3Vp=8.76V/d=8.76×1.4326/7.8=1.61mm/y即铁试样的腐蚀速度V=1.4326 g/·h Vp=1.61mm/y补充知识点：1.腐蚀的分类按腐蚀环境分类：大气腐蚀;土壤腐蚀;海水腐蚀;高温气体腐蚀;化工介质腐蚀按腐蚀破坏形态分类：全面腐蚀 局部腐蚀按腐蚀作用的性质分类：电化学腐蚀：（金属

10、和环境的相互作用是电化学反应，腐蚀过程有腐蚀电流产生）。化学腐蚀：（金属和环境的作用是化学反应，腐蚀过程无腐蚀电流产生）。物理腐蚀：（金属和环境相互作用是金属单纯的物理溶解）。第2章 腐蚀电池思考题1. 腐蚀电池的概念和特点以及形成腐蚀电池的原因，与作为化学电源的原电池的区别在哪里？为什么干电池本身不是腐蚀电池，而锌壳内表面上形成的原电池是腐蚀电池？答：腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界作功的短路原电池。    特点：腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。腐蚀电池的阴、阳极短路（即短路的原电池），电池产生的电流全部消耗在内部，转变为热

11、，不对外做功。腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。(3)形成腐蚀电池原因：这是因为金属方面和环境方面存在电化学不均一性。金属材料方面：金属材料的成份不均匀性、金属表面的状态不均匀性、金属组织结构不均匀性、应力和变形的不均匀性、“亚微观”不均匀性。环境方面：金属离子浓度差异；溶解氧浓度差异；温度差异。（4）与化学电源的原电池的区别：原电池的氧化还原反应是分开进行的，即阳极氧化，阴极还原；腐蚀电池则在发生腐蚀位置同时同地进行反应。原电池是特殊的异相催化反应，受电极界面双电层影响较大。原电池中物质进行转变过程中有电子通过外电路；腐蚀电池工作中产生的电流完全消耗在电池内部。（5）干电池本身不

12、止锌壳内表面上的反应,干电池包括锌的电解反应和二氧化锰与氢气的反应,所以干电池本身不是腐蚀电池,而锌壳内表面上形成的原电池只导致锌材料破坏而不对外做有用功，是腐蚀电池。2. 举例说明腐蚀电池的工作环节。解：以含杂质铜锌块浸于盐酸溶液中为例阴极反应 金属的氧化反应，当氧化反应产物是可溶性离子时，一 般形式写成：MeMen+ne。 Zn=Zn2+2e-阳极反应 溶液中的某些物质D的还原反应，一般形式：D+meDe 2H+2e=H2电流回路 金属部分：电子的定向运动（电子由阳极流到阴极） 溶液部分：离子的定向运动（阴离子由阴极向阳极迁移，阳离子由阳极向阴极迁移）在金属内部电流从阴极到阳极，在溶液内部

13、里电流从阳极到阴极，形成闭合回路。2.Evans极化图的意义和作法，用Evans极化图表示腐蚀电流的影响因素，请用Evans极化图说明，铁和锌在同样的酸溶液中，虽然锌的平衡电位比铁的平衡电位更负，但由于析氢反应在锌上更难进行，因为锌的腐蚀电池比铁的腐蚀电流小答：1）Evans极化图的作法：在极化曲线图上忽略极化曲线的具体形状而用直线表示便得到Evans极化图。（若阴极和阳极的极化电位与电流的关系式线性的，就可以得到由直线表示的腐蚀极化图，称为Evans极化图）   2）用Evans极化图表示影响腐蚀电流的因素 当起始电位差（E0c-E0a）增大，腐蚀电流

14、增大；当腐蚀电池的工作阻力增大（Pc,Pa或R同时或分别增大），则腐蚀电流减小。这些影响用Evans极化图表示十分清楚。    3）用Evans极化图表示腐蚀电池的控制类型 阴极极化控制 Pc>>Pa,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地位; 阳极极化控制 Pa>>Pc,R可以忽略，即阴极反应的阻力在总阻力中占控制地位; 欧姆电阻控制 R>>Pa,Pc,总阻力中以欧姆电阻为主。 计算题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

15、的电位分别为 +0.05V和 0.83V。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 是多少？(2) 阳极极化值 DEa与阴极极化值 DEc的绝对值之和Ea + |DEc|等于多少?(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+|Ec| 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=

16、IR=0.51mA×200欧=30mV=0.03V 即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V（2）Ea=Ea-Eoa |Ec|=Eoc-EcEa|Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.050.83-0.03=0.85V即阳极极化值Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和为0.85V。（3）如果阳极和阴极都不极化，则有Pc=0 ，Pa=0Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.050.83)/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

17、（2）知：Ea|Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-EcEa-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/0.15×10-3=5666.7I=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)=(0.050.83)/5666.7=0.A2. 某腐蚀体系的参数为：E0a = -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Icor为多少？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)/（

18、Pc+Pa）Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/10×10-2=120Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.80.2)/10×10-3=100则有 Pa=120-100=20因为Pc>>Pa，所以该电池属于阳极极化控制。当欧姆电阻R=90时有：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。补充知识点：1.腐蚀电池的工作环节：（1） 阳极反应：金属的氧化反应（2） 阴极反应：溶液中某些物质的还原反应 (3) 电流回路

19、：金属部分电子的定向移动，电子由阳极流向阴极 溶液部分：离子的定向移动，阳离子由阳极向阴极移动，阴离子由阴极向阳极移动。在金属内部，电流从阴极到阳极，在溶液内部离子在阳极到阴极间产生定向迁移从而形成闭合回路。2.法拉第定律：定义：氧化或还原1mol的任何物质所需要的电量为nF腐蚀电流密度：icor=Icor/SV=Aicor/nF A:金属的原子量，单位为gF：法拉第常数，1F=26.8A·hn:摩尔质量3.腐蚀电池与化学电源的原电池相比，腐蚀电池的特点： 腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。 腐蚀电池的阳极和阴极是短路的，电池工作时产生的电流完全消耗在电池内

20、部，转变为热，不能对外做功。 腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。第3章 电化学腐蚀的倾向（腐蚀热力学问题） 思考题1.请说明：电位的表示方法，平衡电位的意义，能斯特公式的应用，非平衡电位的概念。答: 1）电位：金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的电极电位，简称电位，记为。电位的绝对值是无法测量的,只能测得其相对值，相对值记为E，选一个参考电极和待测电极组成原电池系统，测得其电位差。规定标准氢电极的电位为0.因此用标准氢电极作参考电极所测得的电位差就是待测电极相对于标准氢电极的电位值。（二者数值相等）。  2）平衡电位的意义：当电极反应达到平衡时，电极系统的电

21、位为平衡电位，亦称可逆电位，记为Ee ,平衡电位总是和电极反应联系在一起。当电极系统处于平衡电位时，电极反应的正方向速度和逆方向速度相等，净反应速度为零。在两相之间物质的迁移和电荷的迁移都是平衡的,即没有物质与净电荷的积累。 3）能斯特公式的应用: 将电极反应的平衡电位和参与电极反应的各组分的活度（或分压）即具体的腐蚀环境条件联系起来，有平衡电位计算公式例如，实验室的制备方法之一，是用与反应；在加热的情况下，氯气可以不断发生。但是利用标准电极电势来判断上述反应的方向，却会得出相反的结论。能斯特方程中的参数MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2H2O还原剂的电极反应：Cl2+2e-=2Cl-

22、（标准）=1.3583V氧化剂的电极反应：MnO2+4H+2e-=Mn2+2H2O（标准）=1.228VE（标准）=1.228-1.3583=-0.1523<0所以反应不能自发地向右进行。用（标准）判断结果与实际反应方向发生矛盾的原因在于：盐酸不是1mol/L，Cl2分压也不一定是101.3KPa，加热也会改变电极电势的数值。由于化学反应经常在非标准状态下进行，这就要求研究离子浓度、温度等因素对电极电势的影响。但是由于反应通常皆在室温下进行，而温度对电极电势的影响又比较小，因此应着重讨论的将是温度固定为室温（298K），在电极固定的情况下，浓度对电极电势的影响。离子浓度改变对电极电势的影

23、响可以通过Cu-Zn原电池的实例来讨论。假若电池反应开始时，Zn2+和Cu2+的浓度为1mol/L，测定电池的电动势应该是标准状态的电动势1.10V。Zn(s)+Cu2+(1mol/L)=Zn2+(1mol/L)+Cu(s）E=（标准）1.10V当电池开始放电后，反应不断向右进行，Zn2+浓度增大而Cu2+浓度减少。随着反应物和产物离子浓度比的变化，Zn2+/Cu2+逐渐增大，反应向右进行的趋势会逐渐减小，电池电动势的测定值也会随之降低。如图图1所示，横坐标为Zn2+和Cu2+之比的对数值，纵坐标为电池的电动势E。Zn2+浓度增大，Cu2+浓度减小时，电池电动势由1.10直线下降，直到反应达到

24、平衡状态。 反应达到平衡状态时，电池停止放电，电池电动势降低到零；Zn2+和Cu2+的比值就等于平衡常数K=Zn2+/Cu2+=1037,lg K=37。电池电动势为零时，直线与横坐标相交，相交点横坐标的值约为37。除上述通过反应的进行可使Zn2+/Cu2+改变以外，还可有多种改变离子浓度比的方法。如往锌半电池中加可溶性锌盐，用水稀释或加S2-使Cu2+沉淀浓度降低等等。无论怎样操作总会发现，只要Zn2+/Cu2+增加，电池电动势就会下降；相反，离子浓度比减小，电池电动势升高。4) 非平衡电位：当电极反应不处于平衡状态，有物质积累，电极系统的电位称为非平衡电位。2.在Fe-水体系中用电位-PH

25、平衡说明金属铁的腐蚀倾向和腐蚀控制的途径。答: 1）电位PH平衡图：以电位E为纵坐标，pH为横坐标，对金属水体系中每一种可能的化学反应或电化学反应，在取定溶液中金属离子活度的条件下，将其平衡关系表示在图上，这样金属水体系中大量而复杂的均相和非均相化学反应与电化学反应的平衡关系，便简单明了地图示在一个很小的平面上，使我们能一目了然地对体系中的各种平衡关系得到一个总的轮廓。这种图叫做“电位pH平衡图”，亦称为理论电位pH图，又称为Pourbaix图。2） 用电位pH平衡图说明腐蚀倾向和腐蚀控制的途径： 腐蚀倾向：以上述右图为例： a. 当代表体系的点位于稳定区内，Fe

26、不会发生腐蚀（不满足电化学腐蚀的能量条件） b. 当代表体系的点位于右侧的腐蚀区内，并处于a线以下，则Fe既能发生析氢腐蚀，也能发生吸氧腐蚀，腐蚀产物为Fe2+c. 当代表体系的点位于左侧的腐蚀区内，并处于a线以下，则Fe在这种强碱溶液中能够发生析氢腐蚀，也能发生吸氧腐蚀， 腐蚀产物为 HFeO2- d. 当代表体系的点位于钝化区内，Fe能够发生腐蚀，但腐蚀产物是 Fe2O3或Fe3O4，这是因为固体氧化物形成表面膜，可能产生保护作用，而使腐蚀速度很低。   腐蚀控制的途径：以上述右图为例，图中B点位于腐蚀区，减小金属腐蚀的

27、途径有a.降低电位到稳定区（阴极保护）；b.升高电位到钝化区（阳极保护)；c.增加溶液PH值使体系进入钝化区（处理介质方法）计算题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(取Po2 =1atm，pH = 7)(2) 氧压力增大到原来的10倍 (温度25）(3) 溶液pH值下降1单位 (温度25)解：在中性溶液中，阴极的反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-其平衡位则为Ee=E0（OH-/O2）+RT(Po2/a4OH-)/ nF（1） 当温度升高10后有： Ee = E0（OH-/O2）+R(T+10)×(Po2/a4OH-)/nF =E+RT(Po2

28、/a4OH)/nF+10R(Po2/a4OH-) /nF则平衡电位变化量Ee1= Ee- Ee=10R(Po2/a4OH-) /nF =10RPo2/nF10Ra4OH-/ nF又因a4OH=2.3lga4OH ，则有lgaOH=pH14所以：Ee1=10×8.314/(4×96500) ×Po2-10×8.314/(4×96500)×4×2.3×(7-14)=0+0.01387=0.0139V>0即：温度升高10后平衡电位正移0.0139V。（2） 当氧压力增加到原来的10倍时Ee2=ERT(Po2/a4O

29、H-) =E+ RT·ln10/nF+RT·(Po2/a4OH-)/nFE2= EeEe =RTln10 /nF=(8.314×298.15)/(4×96500)×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'''=ERT·ln (Po2/a4OH-)=E+RT·lnPo2/nF-4RT·lnaOH-/nFE3= Ee'''Ee=ERTln Po2/nF4RT·aOH-(ER

30、Tln Po2/nF4RT·aOH/nF)=-4RT·2.3（PH-14）/nF+4RT·2.3（pH-14）/nF=RT/F×2.3=8.315´298.15´2.3/96500=0.0591V0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 + Fe2+ + 2e(2) Fe + 2OH- = Fe(OH)2 + 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-=4OH-Ee=E0

31、（OH-/O2）+RT(Po2/a4OH-)/nF=0.4010.0591·lg(0.21/10-16)/4=0.627V(1) 当阳极反应为Fe=Fe2+2e- 有Fe2+2OH-=Fe(OH)2查得Ksp Fe(OH)2=1.87×10-15 a(Fe2+)=Ksp Fe(OH)2/aOH2=1.87×10-15/10-8=1.87×10-7mol/L 由：Fe=Fe2+2e-又有Eea= -0.4400.02955lg a(Fe2+） = -0.4400.02955lg1.8×10-7= -0.639V（2）当阳极反应为 Fe2OH-=F

32、e(OH)2+2e-查表有EeFe(OH)2=-0.875V OH= 10-4mol/LEe=E0+RT(1/aOH4)/nF = -0.875(8.315×298.15)/(2×96500)×2×2.3lg10-4 = -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 CuSO4溶液和0.5mol/L CuSO4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。（3）该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？解：（1）铜棒在

33、0.01 mol/LCuSO4溶液中时有：Cu=Cu2+2e-查表得：(Cu2+)=0.41 又根据EeCu/Cu2+=E0RTa(Cu2+)/nF =0.3370.059·lg(0.01×0.41)/2=0.266V 当铜棒在0.5mol/LCuSO4溶液中时有：(Cu2+)=0.0668 Ee'（Cu/Cu2+）= E0RTa(Cu2+)/nF =0.3370.059lg(0.5×0.0668)/2 =0.293V因为EeCu/Cu2+<Ee'Cu/Cu2+，即铜在0.01 mol/LCuSO4溶液中的电位比在0.5mol/LCuSO4溶

34、液中电位低。故有铜在0.01 mol/LCuSO4溶液中作阳极，而在0.5mol/LCuSO4溶液中的铜棒作阴极。（2）阳极反应：Cu=Cu22e- ，其平衡电位Eea=0.266V 阴极反应：Cu2+2e-=Cu ， 其平衡电位Ee'=0.293V （3）Eec=Ee'Cu/Cu2+=0.293V而Eea=Ee'Cu/Cu2+=0.266V有腐蚀倾向EecEea=0.2930.266=0.027V=27mV 即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是27mV补充知识点：1.金属电极反应的特点：电极的金属材料不仅是电极反应进行的场所参与者；金属电极是腐蚀电池的阳极反应；气体电极反

35、应和氧化还原电极反应都可以作为腐蚀电池的阴极反应：氢电极反应构成了最基本的参考电极：标准氢电极2.标准电位：当参与电极反应的各组分活度（或分压）都等于1，温度规定为25这种状态称为标准状态。此时，平衡电位Ee等于E，故E称为标准电位。标准电位是平衡电位的一种特殊情况，标准电位只取决于电极反应的本性，而平衡电位既与电极本质有关，又与参与电极反应各组分活度（或分压）以及温度有关。3.标准氢电极：（Pt）H2=2H+ +2e 常用的参考电极：SHE，SCE4.电动序的定义:表明各种金属转变为氧化状态的倾向（活泼顺序） 电动序可以用来粗略的判断金属的腐蚀倾向。5.电位偏离平衡的原因：电极界面虽只有一个

36、电极反应，但有外电流流入或流出，使平衡状态被打破；电极表面不止一个电极反应，它们的电位都将偏离平衡电位6.电位-PH平衡图的应用1. 预测腐蚀的可能性及其类型2. 指示腐蚀控制的途径7. 电位-PH图的区域：稳定区（免蚀区）；腐蚀区；钝化区8. 电位-PH平衡图的局限：只能分析体系的腐蚀倾向，不能指示腐蚀速度；仅适用于分析金属-水简单体系在室温下的腐蚀行为；只涉及到纯金属，而工程上多适用合金；PH值是指处于平衡状态的溶液PH值，而金属表面附近溶液的PH值与主溶液PH值是有差别的.第4章 电化学腐蚀的速度（腐蚀动力学问题）思考题1.请说明:均匀腐蚀的腐蚀电位和腐蚀电流密度的概念;电极反应的耦合、

37、混合电位、电流加和原理的应用.答：均匀腐蚀的腐蚀电位：指金属和溶液都是均匀的，金属和溶液两相之间的电位差。腐蚀电流密度：在金属和溶液都是均匀的情况下，金属腐蚀单位面积所通过的电流。电极反应的耦合：在混合电位E，一个电极反应按阳极反应方向进行，一个电极反应按阴极方向进行，其速度相等。混合电位:EeaEEec，E是这一对电极反应的共同极化电位。Ecor介于Eea和Eec之间电流加和原理:（1）自然腐蚀状态；在腐蚀电位Ecor，阳极反应速度和阴极反应速度相等。即总的氧化反应速度等于总的还原反应速度，这是金属表面无电荷积累这一要求的必然结果。（2）极化状态：在极化状态，阳极反应速度和阴极反应速度不再相

38、等，其差值等于外加极化电流密度。i=ia-|ic|2.微极化和强极化的公式的应用条件是什么？答：微极化的应用条件：电极反应极化程度小，电位偏离平衡电位不远。强极化的应用条件：电极反应极化程度大，电位偏离平衡电位很远。计算题1、 表面积为20铁样品浸泡在PH=1的除氧酸溶液中，经过50h试验，测定了铁样品的损失质量为0.1g。已知在铁表面上析氢反应符合Tafel公式 其中,单位为V。i的单位为A/，试计算：（1） 样品厚度的减少h（mm）（2） 铁试样的腐蚀电流密度icor（A/）（3） 铁试样的腐蚀电位Ecor(条件：Fe的原子量为55.8，Fe的密度为7.8g/,法拉第常数F=96500C/

39、mol =26.8Ah/mol)解：（1）根据失重腐蚀 即样品的厚度加少量h=0.0064mm（2） （3） 阴极反应 当PH=1时其平衡电位Eec=-0.0591PH=-0.0591×1=-0.059V 在腐蚀电位下，阴极反应过电位：4.  铂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=1.198×10-6mA/cm2=1.198×10-5A/m2)，计算当ic=7×10-2mA/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

40、度取=10-2cm，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。解：浓度极化时有Cb=3.2mg/l=3.2×10-3g/l=3.2×10-3g/l/32g/mol=10-4mol/l极限扩散电流密度:id=nFDCb/则Id=4×26.8×1.9×10-5×10-4×3600×10-4×10-3/10-2×10-2=0.733A/m2yc浓=bclg(1-ic/id)=0.110×lg(1-0.7/0.733)=-0.525V 活化极化时：

41、yc活=-bclg(ic/io)=-0.110×lg0.7/(1.198×10-5)=-0.525V阴极极化的过电位yc=y浓+y活=-0.148-0.525=-0.673VWy活=yc活/yc=78Wy浓=yc浓/yc=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，而氢电极主要受阴极极化的过电位。补充知识点：1.电极反应的步骤：液相传质 : 溶液中的反应物向电极界面迁移电子转移（放电）: 反应物在电极界面上发生电化学反应，放出电子（氧化）或得到电子（还原），转变为产物液相传质或新相生成: 产物如果是离子，向溶液内部迁移；如果是固体或气体，则有新相生成2

42、.阳极极化分为：电化学极化（离子在阳极上积聚导致）；浓差极化（电极周围与溶液中的离子浓度差）；电阻极化 阴极极化分为：电化学极化；浓差极化3.动力学基本方程式(字母的含义) Tafel公式 =a±blg|i| (代表过电位，a代表Tafel常数，b代表Tafel斜率，i代表电流密度)第5章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀思考题1、析氢电位的定义，析氢腐蚀的特征及影响因素？答：析氢电位：氢气析出的时候，在一定的阴极电流密度下，氢的平衡电位和过电位的差值。=-析氢腐蚀的特征：与金属表面的活性有关与溶液中的组分（如水，氢离子）在金属表面上的吸附有关吸附铬合物是阴极反应的中间产物吸附铬合物放电是阴极反应

43、的速度控制步骤。影响因素：溶液：PH值、溶液中的其他组分、温度；金属：金属材料种类和杂质、阴极区面积、金属表面的状态.2.氧的离子化电位的定义，吸氧腐蚀的特征及影响因素？答：氧的离子化电位的定义：在一定的阴极电流密度下，氧的平衡单位和过电位的差值。 吸氧腐蚀的特征： 在一定范围内金属本身的性质和热处理情况对腐蚀速度影响很小；（2）腐蚀速度与溶液pH 值无关；（3）在微电池腐蚀的情况下，微阴极区数目的增加对金属腐蚀速度影响很小。 影响因素：（1） 充气情况：当氧浓度增大，吸氧腐蚀速度增大，腐蚀电位正移（2） 温度：温度升高使电极反应速度加快，扩散系数增大；温度升高又使氧的溶解度下降（3） 盐溶度

44、：盐溶度增加即改善溶液导电性，又使氧的溶解度降低流速和搅拌：提高溶液流速或者搅拌溶液，可以使扩散层厚度减小，氧的极限扩散电流密度id增大，从而吸氧腐蚀速度增大。补充知识点：1. 发生析氢腐蚀的体系：标准电位负值很大的活泼金属；大多数工程上使用的金属(Fe)；正电性金属一般不会发生析氢腐蚀，但是当溶液中含有络合剂使金属离子的活度保持很低时，正电性金属也可能发生析氢腐蚀2. 氢的析出电位：氢气析出的时候，在一定的阴极电流密度下，氢的平衡电位和过电位的差值。3. 吸氧腐蚀的体系：所有负电性金属在含溶解氧的水溶液中都能发生；某些正电性金属（Cu）在含溶解氧的酸性和中性溶液中能发生吸氧腐蚀。4. 吸氧腐

45、蚀的液相传质步骤：氧由气相通过界面进入水溶液；氧 借助于对流和扩散通过溶液主体层；氧借助于扩散通过扩散层达到金属表面5. 析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较：去极化剂浓度：析氢腐蚀的浓度随溶液中氢离子的活度增加而增加，吸氧腐蚀的浓度随溶液温度和盐浓度增大而减小极化控制类型：析氢腐蚀主要是活化极化控制，吸氧腐蚀主要是浓度极化。计算题 1.(1)在pH=0的除氧硫酸铜溶液中（aCu2+=0.1mol/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的除氧氰化钾溶液中(aCN=0.5mol/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(

46、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=Cu2+2e，铜电极反应的标准电位Eo=0.337V,则铜的氧化反应的平衡电位为,Eea=EoRT(lnaCu2+/aCu)/nF=0.3370.5×0.059×lg0.1 =0.3075VPH=0的除氧硫酸铜溶液中有2H+2e=H2析氢反应的平衡电位Eec=EoRT(lnaH+/PH2)/nF =-0.0591×0=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Cu2+

47、（2） Eo由题意可知，铜的氧化反应为Cu2CN=Cu（CN）2e，则铜氧化反应的平衡电位为Eea=RTln(aCu（CN）2)/(aCN×aCN) =-0.446+0.0591lg10-4/0.52 =-0.647V在PH=10的除氧硫酸铜溶液中有2H+2e=H2析氢反应的平衡电位Eec=0.0591×PH=-0.0591×10=-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=EecEea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV所以铜能发生析氢腐蚀，腐蚀倾向为56mV。第6章 金属钝化思考题1. 画出Fe钝

48、化曲线并描述各过程。答：AB是活性溶解区 BC是钝化过渡区 CD是稳定钝化区 DE是过钝化区 C、维钝电流。B、致钝电流。1、致钝电流密度，i致越小说明体系越容易钝化。2、Ep致钝化电位，B点对应的电位，Ep负值越大，体系越容易钝化。3、C维钝电流，i维越小，钝化膜的保护性能越好。4、CD，钝化区电位越宽，金属钝态越稳定。2、简述金属腐蚀的成相膜理论和吸附理论答：金属腐蚀的成相膜：表面上生成成相的保护性固体产生膜（多数为氧化物膜），将金属和溶液机械隔离开，由于氧化物膜溶解速度很小，因而使金属腐蚀速度大大降低。 支持成相膜理论的实验事实：浓硝酸中铁表面钝化膜是r-Fe2O3,钝化膜厚度为25-3

49、0A0. 金属腐蚀的吸附：金属表面（或部分表面）上形成了氧和含氧粒子的吸附层，使得金属表面的化学结合力饱和，阳极反应活化能增大，因而金属溶解速度降低，即吸附理论强调了钝化是金属反应能力降低造成的，而不是膜的机械隔离。支持吸附理论的实验事实：对某些体系只需要通入极小的电量，就可以使金属钝化，这些电量甚至不足以形成单原子吸附氧层。补充知识点：1.钝态的特征：金属钝化以后腐蚀速度大大降低；钝化后金属的电位强烈正移；钝化膜的稳定性；钝化只是金属表面性质的改变2.钝化的定义：在一定的条件下，当金属的电位由于外加阳极电流或局部阳极电流而移向正方向时，原来活泼地溶解着金属表面状态会发生某种突变，金属的溶解速

50、度则急速下降，这种表面状态的突变过程叫做钝化。3.钝化参数：致钝电流密度，i致表示腐蚀体系钝化的难易程度；致钝化电位，Ep，极化电位超过Ep才能使金属钝化；维钝电流密度，i维对应于金属钝化后腐蚀速度；钝化区电位范围，钝化区电位范围越宽，表明金属钝态越稳定。4.实现自钝化的途径：提高金属材料的钝化性能；加入阳极性缓蚀剂，抑制阳极反应，使Ep和ip降低。5.Flade电位：在金属钝态转变为活态的电位衰减曲线上，“平台”对应的电位。Ef越低，表示金属钝态越稳定。第7章 金属的高温氧化思考题1. 金属表面上膜具有保护性的条件是什么？答：(1)体积条件，氧化物体积与消耗的金属体积之比大于1,是氧化膜具有

51、保护的必要条件。 (2)膜具有良好的化学稳定性，致密，缺陷少，蒸汽压低。 （3） 生成的膜具有一定的强度与塑性，与基体结合牢固，否则，由于膜生成过程体积膨胀产生的内应力能造成膜的破裂（4） PB比大于1（氧化物具有保护性的必要条件）2.提高合金高温抗氧化性能的途径有哪些？答：(1)按Hauffe原子价定律，加入适当合金元素，减少氧化膜中的缺陷浓度。（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著提高高温抗氧化性能。3.请简述氧化膜的生长的历程答：(1)初期：物理过程（氧的扩散和吸附

52、）（2）中前期：化学过程(氧和金属生成氧化物)（3）后期：电化学过程(膜的增厚)计算题1. 已知PdO在850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，2Pd+=2PdO 的分解压力在(850+273.15)k时，1atm中的自由焓变化为(2)=0.21atm Pd在空气中有：补充知识点：1.金属的高温氧化的定义：金属在高温气相环境中和氧或含氧物质发生化学反应，转变为金属氧化物。2.氧化膜成长的实验规律：直线规律：y=kt;（简单）抛物线规律：y2=kt;混合抛物线规律：ay2+by=kt;对数规律：y=k1lgt+k2(tt0);反对数规

53、律：1/y=k3-k4lgt(tt0)3. 铁的氧化物膜是多层的，由里到外分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO。第八章 局部腐蚀1.局部腐蚀的定义，类型和危害特征答：局部腐蚀的定义：是指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。 主要类型（写出5种以上）：（1）晶间腐蚀、缝隙腐蚀；（2）点偶腐蚀、氢损伤、细菌腐蚀、杂散电流腐蚀；（3）小孔腐蚀、选择性腐蚀；（4）应力腐蚀、磨损腐蚀 危害的特征：危害性；集中性；突发性2.造成电位腐蚀的影响因素答：影响因素 （1）腐蚀电位差 腐蚀电位差表示电偶腐蚀的倾向，两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差越大，组成

54、电偶对时阳极金属收到加速腐蚀破坏的可能性越大。 （2）极化性能 一般来说，在阴极性金属上去极化剂还原反应越容易进行，即阴极反应极化性能越弱，阳极性金属的电偶腐蚀效应越大，造成的破坏越严重。 （3）阴、阳极表面面积 随着阴极性金属面积增大，阳极性金属的电偶电流密度ig都增大，电偶腐蚀破坏加重。 （4）溶液导电性 溶液导电性对电偶电流的分布有很大的影响。3.简述不锈钢的贫铬理论，提高不锈钢抗晶间腐蚀的措施答：不锈钢在弱氧化性介质中发生的晶间腐蚀可以用贫铬理论解释（1） 奥氏体不锈钢 碳在奥氏体中的饱和溶解度小于0.02，一般不锈钢的含碳量都高于这个数值，当不锈钢从固溶温度冷却下来时，碳处于过饱和，

55、受到敏化处理时，碳和铬形成碳化物在晶界析出。由于碳化铬含铬量很高，而铬在奥氏体中扩散率很低，这样在晶界两侧形成了贫铬区，其含铬量低于12。因而钝化性能与晶粒不同，即晶界区和晶粒本体有了明显的差异。（2） 铁素体不锈钢 碳在铁素体中的溶解度更小，但铬在铁素体中的扩散速度较大(比在奥氏体中大两个数量级)，这样的特点使铁素体不锈钢甚至从高温区快速冷却时也较易析出碳化铬。形成晶界贫铬区。在700800退火时，由于铬比较快自晶粒内部向晶界扩散而消除贫铬区，从而使晶间腐蚀倾向降低。 (3)提高不锈钢抗晶间腐蚀的措施 a.固溶处理，避免敏化处理 b.加入稳定元素钛或铌 c.降低含碳量4.Scc定义、特征及影

56、响因素答：Scc：应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成的金属破坏，在固定（静止）应力情况，称为应力腐蚀破裂（或应力腐蚀开裂） 特征：a、主要是合金发生Scc，纯金属极少发生；b、对环境的选择性；c、只有拉应力才引起Scc，压应力反而会阻止或延缓Scc的发生；d、裂缝方向宏观上和拉应力垂直，其形态有晶间型、穿晶型、混合型；e、Scc有孕育期，因此Scc的破断时间tf可分为孕育期、发展期和快断期三部分；f、发生Scc的合金表面往往存在钝化膜或其他保护膜，在大多数情况下合金发生Scc时均匀腐蚀速度很小，因此金属失重甚微。 影响因素：<1>力学因素a、 应力 应力使材料发生形变，而形变使

57、表面膜破裂，应力与环境腐蚀的相互促进，才使得材料在很弱的腐蚀性介质中发生破坏b、 临界应力和临界应力强度因子 <2>腐蚀因素a、 Scc对环境有选择性；b、氧化剂的存在有决定性作用；c、温度有着重要的影响，一般来说，温度升高，材料发生Scc倾向升高；d、干湿交替环境使有害离子浓缩，Scc更容易发生。<3>冶金因素 合金的化学成分、热处理、组织结构、加工状态对其Scc敏感性都有影响，对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的Scc来说，提高Ni含量，加入硅、铜，有利于提高耐Scc性能，增加碳含量也有利于提高不锈钢耐Scc性能，但含碳量大则容易产生晶间型Scc5缝隙腐蚀的定义答:缝隙腐蚀是指腐蚀破坏发生在金属表面上的缝隙部位，在缝隙内区域，腐蚀破坏形态