实验 碳钢极化曲线的测定

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐实验碳钢极化曲线的测定实验碳钢极化曲线的测定【目的要求】

1.掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理和测试办法。

2.了解极化曲线的意义和应用。

3.掌握恒电位仪的使用办法。【实验原理】

1.极化现象与极化曲线

为了探究电极过程机理及妨碍电极过程的各种因素，必须对电极过程举行研究，其中极化曲线的测定是重要办法之一。我们懂在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几乎没有电流经过，每个电极反应基本上在接近于平衡状态下举行的，所以电极反应是可逆的。但当有电流明显地经过电池

时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于别可逆状态，而且随着电极上电流密度的增加，电极反应的别可逆程度也随之增大。由于电流经过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线，如图2-19-1所示。

图2-19-1极化曲线A-B：活性溶解区；B：临界钝化点B-C：

过渡钝化区；C-D：稳定钝化区D-E：超(过)钝化区

金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：

M→Mn+

＋ne

此过程惟独在电极电势正于其热力学电势时才干发生。阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度落低，这种现象称为金属的钝化现象。图2-19-1中曲线表明，从A点开始，随着电位向正方向挪移，电流密度也随之增加，电势超过B点后，电流密度随电势增加迅速减至最小，这是因为在金属表面生产了一层电阻高，耐腐蚀

的钝化膜。B点对应的电势称为临界钝化电势，对应的电流称为临界钝化电流。电势到达C点往后，随着电势的接着增加，电流却保持在一具基本别变的非常小的数值上，该电流称为维钝电流，直到电势升到D点，电流才有随着电势的上升而增大，表示阳极又发生了氧化过程，也许是高价金属离子产生也也许是水分子放电析出氧气，DE段称为过钝化区。

2.极化曲线的测定

(1)恒电位法

恒电位法算是将研究电极依次恒定在别同的数值上，然后测量对应于各电位下的电流。极化曲线的测量应尽量接近体系稳态。稳态体系指被研究体系的极化电流、电极电势、电极表面状态等都是别随时刻而改变。在实际测量中，常用的操纵电位测量办法有以下两种：

静态法：将电极电势恒定在某一数值，测定相应的稳定电流值，这样逐点地测量一系列各个电极电势下的稳定电流值，以获得完整的极化曲线。对某些体系，达到稳态也许需要非常长时刻，为节约时刻，提高测量重现性，往往人们自行规定每次电势恒定的时刻。

动态法：操纵电极电势以较慢的速度延续地改变(扫描)，并测量对应电位下的瞬时电流值，以瞬时电流与对应的电极电势作图，获得整个的极化曲线。普通来讲，电极表面建立稳态的速度愈慢，则电位扫描速度也应愈慢。所以对别同的电极体系，扫描速度也别相同。为测得稳态极化曲线，人们通常依次减小扫描速度测定若干条极化曲线，当测至极化曲线别再明显变化时，可确定此扫描速度下测得的极化曲线即为稳态极化曲线。同样，为节约时刻，关于那些不过为了比较别同因素对电极过程妨碍的极化曲线，则选取适当的扫描速度绘制准稳态极化曲线就能够了。

上述两种办法都差不多获得了广泛应用，尤其是动态法，由于能够自动测绘，扫描速度可操纵一定，因而测量结果重现性好，特殊适用于对照实验。

(2)恒电流法

恒电流法算是操纵研究电极上的电流密度依次恒定在别同的数值下，并且测定相应的稳定电极电势值。采纳恒电流法测定极化曲线时，由于种种缘故，给定电流后，电极电势往往别能马上达到稳态，别同的体系，电势趋于稳态所需要的时刻也别相同，所以在实际测量时普通电势接近稳定(如1min～3min内无大的变化)即可读值，或人为自行规定每次电流恒定的时刻。

【仪器试剂】

恒电位仪一台；饱和甘汞电极1支；碳钢电极1支；铂电极1支；三室电解槽1只(见图2-19-2)

2mol〃dm-

3(NH4)2CO3溶液；0.5mol〃dm-3H2SO4溶液；丙酮溶液

【实验步骤】

1.碳钢预处理：用金相砂纸将碳钢研究电极打磨至

镜面光亮，用石蜡蜡封，留出1cm2面积，如蜡封多可用小刀去除多余的石蜡，保持切面整齐。然后在丙酮中除油，在0.5M的硫酸溶液中去除氧化层，浸泡时刻分不别低于10S。图2-19-2三室电解槽

1.研究电极;

2.参比电极;

3.辅助电极

2.恒电位法测定极化曲线的步骤：

A预备工作仪器开启前，“工作电源”臵于“关”，“电位量程”臵于“20V”，“补

偿衰减”臵于“0”，“补偿增益”臵于“2”，“电流量程”臵于“200mA”，“工作挑选”臵于“恒电位”，“电位测量挑选”臵于“参比”。

B通电插上电源，“工作电源”臵于“自然”档，指示灯亮，电流显示为0，电位

表显示的电位为“研究电极”相关于“参比电极”的稳定电位，称为自腐电位，其绝对值大于0.8V能够开始下面的操作，否则需要重新处理电极。

C“电位测量挑选”臵于“给定”，仪器预热5-15min。电位表指示的给定电位为预设定的“研究电极”相关于“参比电极”的电位。

D调节“恒电位粗调”和“恒电位细调”使电位表指示的给定电位为自腐电位，“工作电

源”臵于“极化”。

F阴极极化调节“恒电位粗调”和“恒电位细调”每次减少10mV，直到减少200mV，每减少一次，测定1min后的电流值。测完后，将给定电位调回自腐电位值。

G阳极极化将“工作电源”臵于“自然”，“电位测量挑选”臵于“参比”，等待

电位逐渐恢复到自腐电位〒5mV，否则需要重新处理电极。重复C、D、F步骤，F步骤中给定电位每次增加10mV，直到做出完整的极化曲线。提示，到达极化曲线的平台区，给定电位可每次增加100mV。

H实验完成，“电位测量挑选”臵于“参比”，“工作电源”臵于“关”。

【注意事项】

按照实验要求，严格举行电极处理。

将研究电极臵于电解槽时，要注意与鲁金毛细管之间的距离每次应保持一致。研究电极与鲁金毛细管应尽可能靠近，但管口离电极表面的距离别能小于毛细管本身的直径。

每次做完测试后，应在确认恒电位仪或电化学综合测试系统在非工作的状态下，关闭电源，取出电极。

数据处理

一、数据记录

大气压室温电极面积0.50625cm2

电压电流电流密度-0.86-0.205-0.40494-0.840.0790.156049-0.820.03830.075654-0.80.11980.236642-0.780.17480.345284-0.760.2460.485926-0.740.33270.657185-0.720.44550.88

-0.70.57251.130864-0.680.70521.392988-0.660.85531.689481-0.641.00031.975901-0.621.14552.262716-0.61.3022.571852-0.581.4552.874074-0.561.593.140741-0.541.6373.23358-0.520.0260.051358-0.50.02340.046222-0.480.02570.050765-0.460.04190.082765-0.440.070.138272-0.420.08020.15842-0.40.07440.146963-0.30.04330.085531-0.20.02010.039704-0.10.01770.0349630.000.01630.0321980.10.01330.0262720.20.00930.018370.30.00990.0195560.40.00910.0179750.50.00830.0163950.60.0080.0158020.70.00750.0148150.80.0080.0158020.90.030.0592590.920.07160.1414320.940.15470.305580.960.2990.590617

0.980.4870.961975

10.72091.4241.0

20.961.8962961.041.2212.4118521.061.49

32.9491361.081.7653.XXX421.12.0474.0434571.122.3434.6281481.1

42.6635.2602471.162.93

55.7975311.183.2586.43555

61.23.5567.024198

二、以极化电流密度对给定电压作图，绘制碳钢极化曲线。

三、碳钢电极的致钝电位、致顿电流密度、维顿电流由上图可得：

致钝电位=—0.54V

致顿电流密度=3.23mA/cm2

维顿电流=0.026mA

考虑题

1.比较恒电流法和恒电位法测定极化曲线有何异同，并讲明缘故。

恒电流法是恒定电流测定相应的电极电势，恒电位法是非常定电位测定相应的电流，关于阴极极化来讲，两种办法测得的曲线相同，关于阳极极化来讲，由于电流和电位别是一一对应的关系，得到别同的曲线。

2.测定阳极钝化曲线为何要用恒电位法？

用恒电位法能得到完整的极化曲线，用恒电流法只能得到ABEF曲线，即得到活化区以及过钝化区的一部分，得别到完整的几乎曲线。

3.做好本实验的关键有哪些？

电极的处理；研究电极与鲁金毛细管的距离；甘汞电极的误差；电位的每次改变值；溶液中杂质离子的存在等等

【讨论】

1.电化学稳态的含义

指定的时刻内，被研究的电化学系统的参量，包括电极电势，极化电流，电极表面状态，电极身边反应物和产物的浓度分布等，随时刻变化甚微，该状态通常被称为电化学稳态。电化学稳态别是电化学平衡态。实际上，真正的稳态并别存在，稳态只具有相对的含义。到达稳态之前的状态被称为暂态。在稳态极化曲线的测试中，由于要达到稳态需要非常长的时刻，而且别同的测试者对稳态的认定标准也别相同，所以人们通常人为界定电极电势的恒定时刻或扫描速度，此法尤其适用于考察别同因素对极化曲线的妨碍时。

2.三电极体系

极化曲线描述的是电