金属腐蚀学习题

1、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Vh，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 试试 验验 介介 质质30% HNO3，25 C试样材料试样材料碳碳 钢钢铝铝矩形薄板试样尺寸矩形薄板试样尺寸(mm)20 40 330 40 5腐蚀前重腐蚀前重W0(g)18.715316.1820浸泡时间浸泡时间t (hr)4545腐蚀后重腐蚀后重W1(g)18.673916.1347表表1 碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据2. 镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。试验温度25C

2、，压力760mmHg；试样尺寸为20200.5 (mm)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vh。（在25C时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg）Mg=1.74 g/cm33. 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Vh。1.（1）对碳钢在）对碳钢在30%HNO3( 25)中有：中有：V=W/st=(18.7153-18.6739)/452(2040203403)0.000001=0.4694g/ m2h又有又有=m/V=18.7154/20400.003=7.798g/cm2hVh=8.76V/ =8.760.4694/

3、7.798=0.53mm/a对铝在对铝在30%HNO3(25)中有：中有：V=W铝铝/st =(16.1820-16.1347)/2(3040305405)4510-6 =0.3391g/h =m铝铝/V=16.1820/304050.001=2.697g/cm3Vh=8.76V/ =8.760.3391/2.697=1.101mm/a说明：碳钢的说明：碳钢的V比铝大，而比铝大，而Vh比铝小，因为铝的密度比碳钢小。比铝小，因为铝的密度比碳钢小。2. 镁在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小时，共放出氢气330cm3。试验温度25C，压力760mmHg；试样尺寸为20200.5 (mm

4、)的薄板。计算镁试样的失重腐蚀速度Vh。（在25C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(2020200.5200.5)10-6=84010-6 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：n=PV/RT=98151.9330/8.315(25273.15)=0.01307mol又根据Mg 2 H = Mg 2+ +H2 Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol所以：V=nM(Mg)/St=0.0130724.3050/84010-6100=3.7817 g/

5、m2h有： Vh=8.76V/ =8.763.7817/1.74=19.04mm/y3. 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Vh。解：由题意得：解：由题意得：根据根据V=M/ZFicor可知可知V=（M/ZF）Icor/S=55.8450.550.001/226.840.0001=1.4326g/ m2h查表得查表得 (Fe)=7.8g/ cm3Vh=8.76V/d=8.761.4326/7.8=1.61mm/a 4.将铜片和锌片插在将铜片和锌片插在3%NaCl 溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位溶液中，测得铜

6、片和锌片未接通时的电位分别为分别为 +0.05V和和 0.83V。当用导线通过电流表把铜片和锌片接通，。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。已知电路的欧姆电阻为电阻为200 。求：。求：原电池工作后阳极和阴极的电位差原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec Ea = ？阳极极化值阳极极化值 Ea与阴极极化值与阴极极化值 Ec的绝对值之和的绝对值之和 Ea + Ec 等于多少等于多少?如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？如果阳极和阴极都不极化，电流表指示应为多少？如果使用零电阻电流表，且溶

7、液电阻可以忽略不计，那么电流达到稳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、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和值之和 Ea + Ec 等于多少？电流表的指示又为多少？等于多少？电流表的指示又为多少？解：由题意得：解：由题意得：（1）：根据）：根据Ec-Ea=IR 则有：则有：Ec-Ea=IR=0.15mA200欧欧=30mV=0.03V即原电池工作后阳极和阴极的电压差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|=

8、Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.050.83-0.03=0.85V即阳极极化值即阳极极化值Ea与阴极极化值与阴极极化值Ec的绝对值之和为的绝对值之和为0.85V。（3）：如果阳极和阴极都不极化，则有）：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）：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，则有：电位差位差Ec-Ea=0由（由（2）知：）知：Ea|E

9、c|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-EcEa-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/（0.1510-3）=5666.7I=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.050.83)/5666.7=0.000155A5. 某腐蚀体系的参数为： 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Icor =？ 腐蚀电池又属于什么控制类型？解：由题可知：当解：由题可知：当R=0时有：时有：Icor=(Eoc

10、-Eoa)/ （Pc+Pa）Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/1010 -3 =120Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.80.2)/ 1010 -3 =100则有则有 Pa=120-100=20因为因为PcPa，所以该电池属于，所以该电池属于阴阴极极化控制。极极化控制。当欧姆电阻当欧姆电阻R=90时有：时有：I cor = (Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA 因为因为R与与Pc接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和接近，所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阴阴极极化共同控制。极极化共同控制。6. 将铁置于饱和空气的碱

11、溶液将铁置于饱和空气的碱溶液(pH = 10)中，按阳极反应为中，按阳极反应为Fe = Fe2+ + 2eFe + 2OH- = Fe(OH)2 + 2e 计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？Ksp Fe(OH)2=1.8710-15 E Fe(OH)2 =-0.875V解：在pH=10的碱溶液中，去极化还原反应为：O2+ 2H2O + 4e = 4 OH-Ee=E0（OH-/O2）+ (Po2/ ) =0.401 lg(0.21/ ) =0.627V当阳极反应为Fe = Fe2+ + 2e有Fe 2+ 2OH- =Fe(OH)2查得Ksp Fe(OH)2=

12、1.8710-15a(Fe 2+ )=Ksp Fe(OH)2 /a2(OH)=1.8710-15/10-8=1.8710-7mol/LEea= -0.4400.02955lg a(Fe 2+ ) = -0.4400.02955lg 1.8710-7 = -0.639V（2）当阳极反应为 Fe2 OH- =Fe(OH)22e查表有E = -0.875VEe=E0 + (1/a2(OH) = -0.8750.05916/2lg(1/10 -8) = -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。4OHanFRT40591. 01610nFRT7表面积为表面积为20cm2 的铁样

13、品浸泡在的铁样品浸泡在pH=1的除氧酸溶液中，的除氧酸溶液中，经过经过50h试验，测得了铁样品的损失质量为试验，测得了铁样品的损失质量为0.1g，已知，已知在铁的表面上析氢反应符合在铁的表面上析氢反应符合Tafel公式公式=-0.64-0.125lg|i|，的单位为的单位为V，i的单位为的单位为A/cm2 ，试计算：，试计算： 样品厚度的减少样品厚度的减少h(mm); 铁电流的腐蚀电流密度铁电流的腐蚀电流密度icor(A/m2); 铁试样的腐蚀电位铁试样的腐蚀电位Ecor。 解：（1） 根据失重腐蚀V- = Vh=8.761/7.8=1.12 mm/y 有h= Vp.t=1.1250/(365

14、24)=0.0064mm 即样品的厚度减少量为0.0064mm 或 h= 0.1/20/7.810=0.0064mm (2)根据 可知有： i= 阴极反应 2H+2e=H2 ， 当pH=1时其平衡电位Eec=-0.0591pH= -0.05911= -0.059 (V) 在腐蚀电位下，阴极反应过电位： c = Ecor Eec = -0.64 0.125 lgicor (V) 所以Ecor = -0.64 0.125 lgicor + Eec = -0.64 0.125（lg0.960610-4）0.059 = -0.197V (vs SHE) hmgstw./15010201 . 024co

15、rinFAv2/9606. 08 .5518 .262mAAnFV8.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10-2cm，扩散系数为D=1.910-5 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+2H2O+4e=4OH- 在稳定条件时有：|ic|=nFD当减小到零时有| ic |=id=nFD =426.8A.h/mol1.910-5 cm2/s（3.20.001)/32 /10-2360010 =0.7332A/m2 icor=id=0.7332A/m2 查表得dZn=7.1g/cm3 Zn-2e=Zn2+ 有腐蚀深度Vh=

16、8.76 =1.104mm/a0cscc0corinFAznV76. 89. 对如下两个电极系统：Hg0.1mol/L HCl ， r = 0.796 Pt1mol/L H2SO4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铂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。极化电流密度ic极化电位E (V, vs SCE)(A/m2)Hg电极Pt电极5103-0.53702.5103-0.4991103-1.6164-0.

17、45115102-1.5780-0.4040102-1.5085-0.336210-1.38151-1.266501234-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0氢过电位 / Vlgic /（A/ m2） Hg电极 Pt 电极极化曲线对于Hg-0.1mol/LHCl有：斜率Tafel斜率bc = 0.117V 当|ic|取1时有=-0.065-(-1.2665+0.242)= 0.960V，即氢过电位a = 0.960V由塔菲尔公式：a=-blgi0得： 0.960 = - 0.117lg i0 则：lg i0 =-7.265 即i0 =5.410-8 A/m2117.

18、0032665. 16164. 1lgiE对于Hg电极有：阴极反应：2H+2e-=H2 有r = 0.796E=)(065. 0)796. 01 . 0lg(0591. 0)2ln(2VHnFRT对于Pt-1mol/L H2SO4 有：斜率Tafel斜率bc = 0.112 V从图中读得的数据当|ic|取1时,氢过电位a= 0.180V0.180 = -0.112lg i0得 i=40.46A/ m2(3 ) 当极化值E=10mv时，属于微极化范畴，由Fanardy方程式 ：i=/Rf Rf=RT/（i0nF）i= i0nF/RT对于Hg-0.1mol/LHCl有： I =0.015.410-

19、8 /0.0256 =2.110-8 A/m2对于Pt-1mol/L H2SO4 有：iPt=/Rf =0.01/6.34610-4=16 A/m2118. 02105lg3362. 0537. 0lg3iE10. 铂电极在充氧的中性水溶液中进行阴极极化，电极表面发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 = 1.19810-6 mA/cm2 = 1.19810-5A/m2)，计算当，计算当 ic = 710-2 mA / cm2时，阴极极化过电位时，阴极极化过电位

20、，其中浓度极化，其中浓度极化过电位过电位 浓浓和活化极化过电位和活化极化过电位 活活各占多大比例？各占多大比例？扩散层厚度取扩散层厚度取 = 10-2cm，水中溶解氧浓度为，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。比较氢电极反应和氧电极反应的阴极极化特征。解：解： 浓差极化：根据公式求得极限扩散电流密度浓差极化：根据公式求得极限扩散电流密度id=0.733A/m2活化极化时有：活化极化时有：阴极极化的过电位阴极极化的过电位有：有：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，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

21、主要受活化极化控制。而氢电极主要受活化极化控制。Viibcydcc148. 0)733. 07 . 01lg(110. 0)|1lg(浓Viibcycc525. 0)1058. 0lg(110. 010198. 17 . 0lg110. 0|lg550活Vyyyc673. 0525. 0148. 0活浓%78%100673. 0525. 0ccyyyW活活%22%100673. 0148. 0ccyyyW活浓11. 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为 、 ；Tafel斜率为斜率为bc、ba；腐蚀电位满足条件；

22、腐蚀电位满足条件EeaEcorEec。 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改变为 。假定其他参数都不改变，此时腐蚀电位负移到。假定其他参数都不改变，此时腐蚀电位负移到E cor，腐，腐蚀电流密度下降到蚀电流密度下降到i cor。作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极化曲线图。作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极化曲线图。用图解法求腐蚀电流密度的变化用图解法求腐蚀电流密度的变化r = i cor / icor和腐蚀电位的变化和腐蚀电位的变化 E = E cor Ecor。0ci0ai)(0ciADCDbcDBCDbatan

23、,tanEABCDABCDADDBbbCDADbCDDBbcaca111 10000lg|)|lg| |(lgcccciiiiAB00lglgcccorcoriibabcbcbaCDii0000lglgcccccorcoriibcbababciibcbabcbaEEEABbabcbcDBABbbbABCDDBCDADCDDBABDBADDBABABDBDBaca)(,111)(即0000lg|)|lg| |(lg,lg|)|lg| |(lgcccccorcorcorcoriiiiABiiiiDB0000lglg),| |lglgcccorcorcccorcoriibabcbciiiibabcb

24、cii0000lglgcccccorcoriibcbababciibcbabcbaEEE,BDBDCDCDEEcorcor又12. 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，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阴极反应的极限扩散电流密度为id，腐蚀电位为，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；，阳极反应参数不变；腐蚀电位正移到腐蚀电位正移到E cor。作腐蚀体系的极化曲线图。作腐蚀体系的极化曲线图。用图解法求腐蚀电位变化用图解法求

25、腐蚀电位变化 E = E cor Ecor。ABACbatan| |lg|)|lg| |(lgddddcorcoriibabaiiABbaACEEE腐蚀电位变化氢电极反应交换电流密度氢电极反应交换电流密度与溶液与溶液PH值的关系式为值的关系式为Lgi0 = -5.6020.5PH13. 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 = 2.5，25C，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)。求求钢容器的腐蚀速度(mm/y）。求流出的酸溶液中的氧含量。

26、扩散层厚度取 = 510-3cm。解：E平=-0.0592PH=-0.0592.5=-0.148VEcorr= -0.54 +0.242=-0.298V=-0.148+0.298=0.15VLgi0 =-5.6020.5PH=-6.852所以 i0=1.4110-7 A/cm2 由由 c=0.118 lg ic/io 求得 ic=2.610-6 A/cm2 di=nFDbC/ =4965001.9510(1.41710)/(5310)310 =2.07410 A/cm2 cori=diic =2.074102.6610 =2.1410 A/cm2 Vp= 8.76/dnFkAcori= 9 .776.86.53562.1410410 =2.43 mm/y （2）氧消耗速度为： (diS)/(Fn)60A=(2.0715)/(965004)6032= 0.154 g/min 流入酸中的氧流量为 0.45 g/min 所以剩余氧量为 0.450.154=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0.296 g/min，即为 2.96 mg/min。 14. 铁和两种不锈钢在除氧的