文档介绍：实验十三阳极极化曲线的测定
一、实验目的
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二、实验原理
为了探索电极过程的机理及影响电极过程的各种因素,必须对电极过程进行研究,在该研究过程中极化曲线的测定是重要的方法之一。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通过,每个电极或电池反应都是在无限接近于平衡条件下进行的,因此电极反应是可逆的。当有电流通过电池时,则电极的平衡状态被破坏,此时电极反应处于不可逆状态,随着电极上电流密度的增加,电极反应的不可逆程度也随之增大。在有电流通过电极时,由于电极反应的不可逆而使电极电位偏离平衡值的现象称为电极的极化。根据实验测出的数据来描述电流密度与电极电位之间关系的曲线称为极化曲线,如图13-1所示。
图13-1 金属极化曲线
; ; ; ; (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-
此过程只有在电极电位大于其热力学电位时才能发生。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,当阳极电位正到某一数值时,其溶解速度达到一最大值。此后阳极溶解速度随着电位变正,反而大幅度的降低,这种现象称为金属的钝化现象。
图13-1曲线表明,电位从a点开始上升(即电位向正方向移动),电流密度也随之增加;电位超过b点以后,电流密度迅速减至很小,这是因为在金属表面上生成了一层电阻高、耐腐蚀的钝化膜;到达c点以后,电位再继续上升,电流仍保持在一个基本不变的很小的数值上;电位升到d点后,电流又随电位的上升而增大。从a点到b点的范围称为活性溶解区;b点到c点称为钝化过渡区;c点到d点称为钝化稳定区;d点以后称为过钝化区。对应于c~d段的电流密度称为维钝电流密度。如果对金属通入维钝电流,再用维钝电流保持其表面的钝化膜不消失,则金属的腐蚀速度将大大降低,这就是阳极保护的基本原理。
影响金属钝化过程及钝化性质的因素,可归纳为以下几点:
(1) 溶液的组成。在中性溶液中,金属一般比较容易钝化,而在酸性或某些碱性溶液中,则不易钝化;溶液中卤素离子(特别是Cl-)的存在,能明显地阻止金属的钝化;溶液中存在某些具有氧化性的阴离子(如CrO42-)则可以促进金属的钝化。
(2) 金属的化学组成和结构。各种纯金属的钝化能力不尽相同,例如铁、镍、铬三种金属的钝化能力为铬>镍>铁。因此,添加铬、镍可以提高钢铁的钝化能力及钝化的稳定性。
(3) 外界因素(如温度、搅拌等)。一般来说,温度升高以及搅拌加剧,可以推迟或防止钝化过程的发生,这与离子扩散有关。
恒电位法:将研究电极上的电位控制在某一数值上,然后测量对应于该电位下的电流。由于电极表面状态在未建立稳定状态之前,电流会随时间而改变,故一般测出来的曲线为“暂态”极化曲线。在实际测量中,常采用的控制电位测量方法有下列两种:
(1) 静态法:将电极电位较长时间地维持在某一恒定值,同时测量电流随时间的变化,直到电流值基本上达到某一稳定值。如此每隔20~50 mV逐点地测量各个电极电位下的稳