一、目的和要求

1、  掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。通过测定Fe在NaCl溶液中的极化曲线，求算Fe的自腐蚀电位，自腐蚀电流

2、论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用

二、基本原理

当金属浸于腐蚀介质时，如果金属的平衡电极电位低于介质中去极化剂（如H⁺或氧分子）的平衡电极电位，则金属和介质构成一个腐蚀体系，称为共轭体系。此时，金属发生阳极溶解，去极化剂发生还原。在本实验中，镁合金和钢分别与0.5mol/L的NaCl溶液构成腐蚀体系。

镁合金与NaCl溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：

阳极： Mg= Mg ²⁺+2e

                            阴极： 2H₂O+2e=H₂+2OH^-

钢与NaCl溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：

阳极： Fe= Fe ²⁺+2e

                            阴极： 2H₂O+2e=H₂+2OH^-

腐蚀体系进行电化学反应时的阳极反应的电流密度以 i_a 表示， 阴极反应的速度以 i_k表示， 当体系达到稳定时，即金属处于自腐蚀状态时，i_a=i_k=i_corr（i_corr为腐蚀电流），体系不会有净的电流积累，体系处于一稳定电位。根据法拉第定律，即在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，故可阴阳极反应的电流密度代表阴阳极反应的腐蚀速度。金属自腐蚀状态的腐蚀电流密度即代表了金属的腐蚀速度。因此求得金属腐蚀电流即代表了金属的腐蚀速度。金属处于自腐蚀状态时，外测电流为零。

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一、实验目的

1.       掌握阳极极化曲线测试的基本原理和方法；

2.       测定Zn电极在1M KOH溶液和1M ZnCl₂溶液中的阳极极化曲线；

3.  通过实验理解金属电极钝化与活化过程。

二、实验原理

线性电位扫描法是指控制电极电位在一定的电位范围内，以一定的速度均匀连续的变化，同时记录下各电位下反应的电流密度，从而得到电位-电流密度曲线，即稳态电流密度与电位之间的函数关系：i= f(ψ)。 

特别适用于测量电极表面状态有特殊变化的极化曲线。如下：如阳极钝化行为的阳极极化曲线。 

阳极极化：金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程叫做阳极极化，如下式所示：M = Mn+ + ne  【金属的钝化现象：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。】  线性电位扫描法不但可以测定阴极极化曲线，也可以测定阳极极化曲线，特别适用于测定电极表面状态有特殊变化的极化曲线，如测定具有阳极钝化行为的阳极极化曲线，用线性电位扫描法测得的阳极极化曲线，如下图所示

 

? AB段-----称为活性溶解区；此时金属进行正常的阳极溶解，阳极电流随电位改变服从Tafel公式的半对数关系。

? BC段-----称为钝化过渡区；此时是由于金属开始发生钝化，随着电极电位的正移，金属的溶解速度反而减小了。

? CD段-----称为钝化稳定区；在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位二改变； 

? DE段-----称为过度钝化区；此时金属溶解速度重新随电位的正移而增大，为氧的析出或者高价金属离子的生成。

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徐 州 工 程 学 院 教 案

  20 12 —20 13  学年   第一学期    第八  周     星期  四   

徐 州 工 程 学 院 教 案 纸

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物理化学实验

实验一(1)、极化曲线的测定

说明：

1、本实验竞赛时间为120分钟（以选手在实验报告首页确认编号和监考教师签名为准）。 每超时10分钟扣5分，最多不得超过20分钟；

2、实验设计要求从实验开始起20分钟内完成并交监考教师审阅。如果实验设计需监考老师部分指导，可提出申请，但需扣除相应的分数；

3、如果无法完成实验设计，可以由监考老师提供，但实验设计部分分数将被扣去；

4、请注意合理运筹时间。如在等待过程中，可进行后续实验准备或思考问答题等；

5、提供给每位选手的试剂已足够，请注意用量。不必要的过量使用将被扣分；

6、请认真阅读仪器使用说明并仔细操作。损坏仪器、打破玻璃器皿将被扣分。

7、实验完成后，请将所有玻璃仪器清洗干净，仪器设备归零、关闭电源。保持台面干净整洁，恢复原状。否则将被扣分；

实验试题：

碳钢在碳酸钠溶液中极化曲线的测定

实验原理：

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，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且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。由于电流通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1所示。

图1 铁电极相对于饱和甘汞电极在Na2CO3溶液中的极化曲线

极化曲线的测定可采用慢扫描法，即控制电极电势以较慢的速度连续地改变(扫描)，并测量对应电势下的瞬时电流值，以瞬时电流与对应的电极电势作图，获得整个的极化曲线。一般来说，电极表面建立稳态的速度愈慢，则电位扫描速度也应愈慢。因此对不同的电极体系，扫描速度也不相同。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，当测至极化曲线不再明显变化时，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，为节省时间，对于那些只是为了比较不同因素对电极过程影响的极化曲线，则选取适当的扫描速度（例如0.01V·s-1）绘制准稳态极化曲线就可以了。

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物理化学实验

实验一(1)、极化曲线的测定

说明：

1、本实验竞赛时间为120分钟（以选手在实验报告首页确认编号和监考教师签名为准）。 每超时10分钟扣5分，最多不得超过20分钟；

2、实验设计要求从实验开始起20分钟内完成并交监考教师审阅。如果实验设计需监考老师部分指导，可提出申请，但需扣除相应的分数；

3、如果无法完成实验设计，可以由监考老师提供，但实验设计部分分数将被扣去；

4、请注意合理运筹时间。如在等待过程中，可进行后续实验准备或思考问答题等；

5、提供给每位选手的试剂已足够，请注意用量。不必要的过量使用将被扣分；

6、请认真阅读仪器使用说明并仔细操作。损坏仪器、打破玻璃器皿将被扣分。

7、实验完成后，请将所有玻璃仪器清洗干净，仪器设备归零、关闭电源。保持台面干净整洁，恢复原状。否则将被扣分；

实验试题：

碳钢在碳酸钠溶液中极化曲线的测定

实验原理：

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，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且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。由于电流通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1所示。

图1 铁电极相对于饱和甘汞电极在Na2CO3溶液中的极化曲线

极化曲线的测定可采用慢扫描法，即控制电极电势以较慢的速度连续地改变(扫描)，并测量对应电势下的瞬时电流值，以瞬时电流与对应的电极电势作图，获得整个的极化曲线。一般来说，电极表面建立稳态的速度愈慢，则电位扫描速度也应愈慢。因此对不同的电极体系，扫描速度也不相同。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，当测至极化曲线不再明显变化时，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，为节省时间，对于那些只是为了比较不同因素对电极过程影响的极化曲线，则选取适当的扫描速度（例如0.01V·s-1）绘制准稳态极化曲线就可以了。

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一、实验目的

1. 理解电位窗口的意义；

2. 掌握阴极极化曲线和阳极极化曲线的使用方法；

3. 测量玻碳电极在酸性、中性和碱性溶液中的阳极和阴极极化曲线。

二、实验原理

水溶液电位窗口：溶液中，电极的析氧电位与析氢电位的差值，称为该电极在水溶液中的电位窗口(Potential Window)。 

研究水溶液电位窗口的意义：电化学窗口越大，特别是阳极析氧过电位越高，对于在高电位下发生的氧化反应和合成具有强氧化性的中间体更有利。另外，对于电分析性能来说，因为电极上发生氧化还原反应的同时，还存在着水电解析出氧气和氢气的竞争反应，若被研究物质的氧化电位小于电极的析氧电位或还原电位大于电极的析氢电位，在电极达到析氧或者析氢电位前，被研究物质在阳极上得以电催化氧化或者还原，可以较好的分析氧化或还原过程。但若氧化或还原过程在电极的电势窗口以外发生，被研究物质得到的信息会受到析氢或析氧的影响，得不到最佳的研究条件甚至根本无法进行研究。

电位窗口的测定：可以应用阴极极化曲线和阳极极化曲线来测定。图1是某惰性电极在水溶液中的阴极极化(析氢)曲线)和阳极极化(析氧)曲线示意图。其中析氢或析氧电位使用切线法估求(如图2)。

图1是某惰性电极在水溶液中的阴极极化(析氢)曲线)和阳极极化(析氧)曲线示意图。

图2. 切线法估求析氢或析氧电位

三、实验器材

CHI电化学工作站；饱和甘汞电极；Hg/HgO电极；Hg/Hg₂SO₄电极；铂电极；玻碳电极；三口电解槽；0.2M K₂SO₄溶液；0.2M H₂SO₄溶液；0.2M NaOH 溶液

四、实验步骤

1. 配制250ml 0.2M K₂SO₄溶液和0.2M H₂SO₄溶液和0.2M NaOH 溶液；

2. 预处理玻碳电极，清洗参比电极和铂电极；

3.在电解槽中倒入其1/2体积的0.2M K₂SO₄溶液，在电解槽中适当位置，中间放入玻碳电极，玻璃膜的一侧放入铂电极，另一侧放入饱和甘汞电极，并用纸巾将电极悬空固定；

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