金属防护与腐蚀习题解答

铜在充空气的中性水溶液中的腐蚀为二价铜离子，阳极腐蚀电流密度icorr=10-2A/m2。请分别计算出以重量法和深度法表示的铜的腐蚀速度大小，并指出铜在该环境中的腐蚀等级和耐蚀情况？

解：icorr=10-2A/m2=10-3μA/cm2

计算停止镉在25℃充空气的水中腐蚀所需的氢气压力。作为腐蚀产物，Cd(OH)2的溶度积为2.0×10-14解：解：25℃时，Ksp[Cd(OH)2]=2.0×10-14,

KH2O=1.0×10-14

Eθ

Cd2+/Cd=-0.402V

首先求出ECd2+/Cd

阳极反应：Cd=Fe2++2e

阴极反应：O2+2H2O+4e=4OH-

次生反应：Cd2++2OH-=Cd(OH)2

总反应：Cd+H2O+O2=Cd(OH)2

因为Cd(OH)2是难溶化合物，25℃时

Ksp[Cd(OH)2]＝2×10-15

KH2O=1×10-14已知电极反应O2+2H2O+4e=4OH-的标准平衡电位等于0.401V，请计算电极反应：O2+4H++4e=2H2O的标准电极电位。解：有反应式：

O2+2H2O+4e=4OH-

(ΔG)T,P=-154786kj/mol……①H2O=H++OH-

(ΔG)T,P=-=79867kj/mol……②(ΔG)T,P=-RTlnKθP=-8.314×298×ln10-14=79867kj/mol①式－②×4式得：O2+4H++4e=2H2O(ΔG)T,P=-154786-4×79867=-474254kj/mol下列数据为钢样在约10mol/LHCl溶液中（有缓蚀剂）的电流－电位关系。作i－E和lgi－E图，写出阴极反应和阳极反应，分别求其交换电流密度（溶液中的Fe2＋＝10-1mol/L），确定钢在HCl溶液中的腐蚀电位和腐蚀电流，并求出腐蚀速度。阴极极化：+E（mV,对SCE)406410420430440450460i（A/cm2)02.25.61424344447048049050051052054667889104119-E（mV,对SCE)406404400396390380370i（A/cm2)02.55.27.711.4223436035034033032031030029028047577282102120140161186阳极极化：E—i

Fig.E—lgi

Fig.解：

E－i图和E－lgi

图

阴极反应：2H++2eH2

阳极反应:FeFe2++2e

由E－lgi

图可知

Ecorr=–406mv与之相应的lgi=1.3

所以icorr=20(μA/cm2)(icorr单位：µA•cm-2)已知铁在一定介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2,求其腐蚀速度V-和Vt（铁

=7.87g/cm2）。铁在此介质中是否发生腐蚀。解：

解：在无氧酸中，E0Cu2+/Cu=+0.337>E02H+/H2=0Cu不发生腐蚀；在含氧酸中，E0Cu2+/Cu

<E0

O2/H2O=+1.229(V)Cu可能发生腐蚀。已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位：问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀？CuCu2++2eH22H++2e2H2OO2+4H++4e

解：25℃时，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15,KH2O=1.01×10-14

E0Fe2+/Fe=－0.44VEO2/OH-=+0.815V

首先求出EFe2+/Fe

阳极反应：FeFe2++2e

阴极反应：O2+2H2O+4e4OH-

次生反应：Fe2++2OH-Fe(OH)2

总反应：Fe+H2O+O2

Fe(OH)2

因为Fe(OH)2是难溶化合物，25℃时

Ksp[Fe(OH)2]＝1.65×10-15

KH2O=1.01×10-14试判断铁在25oC，中性溶液中是否可能发生耗氧腐蚀。因为，EO2/OH-=+0.815(V)

EO2/OH-

>EFe2+/Fe

E电=+0.815-(-0.463)=+1.278(V)>0

故发生耗氧腐蚀。解:已知pH=1,Ecorr=-0.72V(相对饱和Cu/Cu2+）饱和Cu/Cu2+的E=+0.32V

故Ecorr=-0.72+0.32=-0.4V(SHE)

E

0,C=EH+/H2=-0.059pH=-0.059

1=-0.059(V)ηC=Ecorr-E

0,C

=-0.4-(-0.059)=-0.341(V)

根据η=0.7+0.1lgi

可求出lgicorr低碳刚在pH＝1的无氧水溶液中，腐蚀电位为-0.72V（相对饱和Cu/CuSO4电极）。对于同样钢的氢过电位（单位为V）遵循下列关系：η＝0.7+0.1lgi，式中i的单位为A·cm-2。假定所有钢表面近似作为阴极，计算腐蚀速度（g/m2·h)。

25°C时，浓度为0.5M的硫酸溶液以0.2m/s的流速通过铁管，假定所有铁表面作为阴极，Tafel斜率为±0.100V，而且Fe/Fe2+和氢在铁上的交换电密分别为10-3A/m2

和10-2A/m2

，求铁管的腐蚀电位和腐蚀速度。按[Fe2+]=10-6M估算已知C=0.5M,b=0.100V,iFe0=10-3A/m2

iH0=10-2A/m2

因不知icorr

,所以忽略

a,可用E0,a

估算

Ecorr,即E0,a

=Ecorr

EFe=E0Fe铜电极和氢电极（PH2=2atm）浸在Cu2+

活度为1且pH=1的CuSO4溶液中组成电池，25°C，求该电池的电动势，并判断电池的极性。解：已知E0Cu=+0.337V,aCu=1

已知PH2=2atm,pH=1(aH=10-1)

E电=+0.337-(-0.029)=+0.3665(V)铜电极为正极，氢电极为负极。

解：求出此腐蚀体系中阳、阴极反应的平衡电位。阳极反应:FeFe2++2e

已知，EFe2+/Fe=-0.44(V),3%NaCl溶液为中性，pH=7,[OH-]=10-7M,Fe2+与OH-相遇，当[Fe2+][OH-]2>Ksp[Fe(OH)2]时会生成Fe(OH)2沉淀:Fe2++2OH-=Fe(OH)2

已知，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15

即[Fe2+][OH-]2=1.65×10-1525oC时，铁在3％NaCl水溶液中腐蚀，欧姆电阻很小，可忽略不计。测得其腐蚀电位Ecorr＝-0.544V（SCE)，试计算该腐蚀体系中阴、阳极控制速度。Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15，EFe2+/Fe=-0.44(V)阴极反应为：

O2+H2O+4e4OH-

大气中PO2=0.21atm已知E0O2/OH-=+0.401V(SHE)

所以

因为测得Fe在该腐蚀体系中的Ecorr=-0.544(SCE)

而饱和甘汞电极的电位为0.242V(SHE)

故Ecorr=-0.544+0.242=-0.302V(SHE)

（需将Ecorr(SCE)换成Ecorr(SHE））

阴、阳极控制程度：

阴极：阳极：可得在Ecorr下阴、阳极过电位：

ηc

=EO2/OH-Ecorr=0.805–(-0.302)=1.107(V)

ηa

=Ecorr-EFe2+/Fe=-0.302–(-0.463)=0.161(V)

解：因为EH+/H2=-0.059pH=-0.413(V)(pH=7)EO2/OH-=1.229-0.059pH=+0.814(V)(pH=7)

要发生析H2腐蚀，必须EH+/H2

>ECu2+/Cu，

但EH+/H2

<

ECu2+/Cu,故不发生析H2腐蚀。而EO2/OH-

>

ECu2+/Cu,符合耗氧腐蚀条件，故可发生耗氧腐蚀。

已知ECu2+/Cu=+0.34V（25oC），在溶液中，为什么铜可能发生耗氧腐蚀，并不会发生析氢腐蚀？阴极反应：2H++2eH2

EH+/H2

=-0.059pH