镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定
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镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定1电极极化当有电流通过电极时,电极电位偏离平衡电极电位的现象叫电极的极化。
1)阴极极化:电流通过阴极时,电极电位向负方向移动,即 EK 比 EK,e负 ,叫阴极极化。
2)阳极极化电流通过阳极时,电极电位向正方向移动 ,即EA 比EA, e正,叫阳极极化。
3)过电位当电极上有电流通过时,电极电位( EK 或 EA )将偏离平衡电极电位( EK,e 或 EA,e),二者之差值叫过电位,以ΔE表示。
ΔE= E –Ee阴极极化时, EK < EK,e,故ΔE < 0,阳极极化时, EA > EA,e,故ΔE > 0。
1.1稳态极化曲线稳态是指电极上通过的电流以及电极电位不随时间改变的状态。
在稳态下测量得到的电流密度与电极电位 (或过电位 )之间的关系曲线叫做极化曲线。
图1和图 2为典型的稳态阴极极化曲线和阳极极化曲线。
1.2电化学极化1)交换电流密度将金属 M 浸入含有 M z+离子的溶液中 ,在两相界面间便发生了物质的转移和电荷的转移 ,最后建立了物质平衡和电荷平衡 ,其电极电位即为平衡电极电位。
此时界面间金属离子的还原速度等于金属的氧化速度 ,电流密度J表示 ,叫做交换电流密度。
2)电化学极化以金属电沉积的阴极过程为例 ,当对镀液进行强烈搅拌 ,使液相传质步骤无任何困难 ,将处于平衡状态下的阴极通以外电流 ,此时电极与镀液界面间的还原反应速度一定大于氧化反应速度 ,由于电子转移步骤存在着阻力 ,还原反应不能将外电源输送的电子全部消耗 ,电极表面负的剩余荷增加 ,使得电极电位向负方向移动 ,即产生了极化。
这种由于电子转移步骤的阻力引起的电极的极化叫做电化学极化。
3)交换电流密度与电化学极化的关系交换电流密度 J是描述电极处于平衡状态的参量 ,但是它与平衡电极电位 Ee不同 , Ee 是热力学函数 ,而J是动力学函数。
两个 Ee相同的电极 ,其J0可以相差几千倍。
实验一极化曲线的测定一实验目的1.1掌握用“三电极”法测定金属沉积过程的电极电势。
1.2 通过对镍在玻碳电极上的沉积电势的测量加深理解过电位和极化曲线的概念。
1.3 了解控制电位法测量极化曲线的方法。
二实验原理2.1当把金属插入其盐溶液中时,金属表面上的正离子受到极性水分子的作用,有变成溶剂化离子进入溶液而将电子留在金属表面的倾向。
与此同时,溶液中的金属离子也有从溶液中沉积到金属表面的倾向。
当这种溶解与沉积达到平衡时,形成了双电层,在金属/溶液界面上建立起一个不变的电位差值,这个电位差值就是金属的平衡电位,E R表示。
当有电流通过电极时,电极电势偏离平衡电极电势,成为不可逆电极电势,用E IR表示;电极的电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。
通常把某一电流密度下的电势E R与E IR 之间的差值的绝对值称为超电势,即:η=│E IR-E R│。
影响超电势的因素很多,如电极材料,电极的表面状态,电流密度,温度,电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。
测定镍沉积超电势实际上就是测定电极在不同外电流下所对应的极化电极电势,以电流对电极电势作图I~E(阴极),所得曲线称为极化曲线。
2.2研究电极超电势通常采用三电极法,其装置如图示。
图1 三电极装置图辅助电极的作用是与研究电极构成回路,通过电流,借以改变研究电极的电势。
参比电极与研究电极组成电池,恒电位仪测定其电势差并显示以饱和甘汞电极为参比的研究电极的电极电势值。
2.3测量极化曲线有两种方法:控制电流法与控制电势法(也称恒电流法与恒电势法)。
控制电势法是通过改变研究电极的电极电势,然后测量一系列对应于某一电势下的电流值。
由于电极表面状态在未建立稳定状态前,电流会随时间改变,故一般测出的曲线为“暂态”极化曲线。
本实验采用控制电势法测量极化曲线:控制电极电势以较慢的速度连续改变,并测量对应该电势下的瞬时电流值,以瞬时电流对电极电势作图得极化曲线。
图2 阴极极化曲线三仪器与试剂LK98A微机电化学分析系统一台;甘汞电极一枝;铂电极一枝;玻碳电极一枝;100ml 烧杯3个,500ml烧杯1个;瓦特型镀镍液50ml;稀硝酸50ml;乙醇50ml;蒸馏水500ml。
1实验目的2实验原理线性电势扫描法是指在一定的范围内控制施加在WE 上的电极电势,以一定的速度均匀变化,同时记录对应电极电势下电化学反应的响应电流密度,以电极电势为自变量,电流密度为因变量,用电极电势-电流密度曲线表示实验结果,即极化曲线。
线性电势扫描法可测定电极的阴极和阳极极化曲线。
用该法测得的阳极钝化曲线常为下图所示。
E E 钝化 ii 钝化 图1 线性电势扫描法得到的金属阳极钝化曲线示意图上图中整条曲线分为四个区域:(1)AB 区间为活性溶解区。
金属发生阳极溶解,阳极电流密度与电极电势(或超电势)符合Tafel 规律;(2)BC 区间为过渡钝化区。
由于金属表面开始发生钝化,随着电极电势逐渐正移,金属的溶解速率迅速减小;(3)CD 区间为钝化稳定区。
由于金属表面已经覆盖一层致密的钝化膜,金属的溶解速度保持在一个比较小的水平,溶解速率基本不随电极电势的正移而改变;(4)DE 区间为过度钝化区。
由于在高极化状态下,电极表面发生了析氧反应或生成更高价金属离子的反应,电流密度随电极电势的正移而增大。
从极化曲线可以看出,具有钝化现象的阳极极化曲线的一个重要特点是:在BCD 区间,同一电流密度值下对应几个不同的电极电势值。
这种极化曲线是无法用恒电流法进行测量的。
可见,线性电势扫描法是研究金属钝化现象的重要方法。
影响金属钝化的因素很多。
主要有:(1)金属的组成和结构。
各种金属的钝化能力不同,即所谓的“化学因素”。
在金属中引入其它金属成分,可以改变金属的钝化行为。
如,铁中掺入镍、铬可促进钝化,并提高钝化状态的稳定性。
(2)电解质溶液的组成。
溶液的pH 值、卤素离子和氧化性阴离子对金属的钝化行为存在显著影响,即所谓“溶液因素”。
在酸性和中性溶液中,随着pH 值的增大,有利于钝化的形成。
卤素离子,特别是Cl -离子则阻碍金属的钝化,并能破坏金属的钝态。
有些氧化性的阴离子,如NO 2-等,则可促进金属进入钝态。
(3)其它因素。
阳极极化曲线的测定一.实验目的1.掌握恒电位法测定金属极化曲线的原理和方法。
2.了解极化曲线的意义和应用。
二.实验原理1.极化现象为了探索电极过程的机理及影响电极过程的各种因素,需要对电极过程进行研究,而在该研究过程中极化曲线的测定又是重要的方法之一。
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下进行的,因此电极反应是可逆的,测定的电极电势为平衡电势。
但当有电流明显地通过电池时,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作电极的极化。
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作极化曲线。
通常,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,如下此过程只有在电极电位正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。
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,反而大幅度地降低,这种现象称为金属的钝化现象。
极化曲线表明,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C 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D 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E 点时,电流又随电位的上升而增大。
如图1所示。
2.影响金属钝化过程的几个因素金属钝化现象是常见的,人们已对它进行了大量的研究工作。
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。
溶液中存在的H +、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子,对金属的钝化起着颇为显著的影响。
在中性溶液中,金属一般比较容易钝化,而在酸性或某些碱 性的溶液中,钝化则困难得多,这与阳极反应产物的溶解度有关系。
镍电极阳极极化曲线的影响因素研究一、引言镍电极是一种常用的阳极材料,广泛应用于电化学反应中。
阳极极化曲线是研究镍电极性能的重要手段之一,通过分析阳极极化曲线可以了解镍电极在不同条件下的性能表现。
本文旨在探讨影响镍电极阳极极化曲线的因素,并对其进行全面详细的研究。
二、影响因素1. 电解液成分电解液成分对镍电极阳极极化曲线有着重要影响。
不同的电解液成分会改变镍电极与溶液之间的相互作用,从而影响阳极氧化反应的进行。
常见的影响因素包括pH值、金属离子浓度等。
2. 温度温度是影响镍电极阳极氧化反应速率的重要因素之一。
通常情况下,随着温度升高,阳极氧化反应速率增加。
这是由于高温下溶液中金属离子扩散速率增加,导致氧化反应更容易发生。
3. 表面处理镍电极的表面处理对阳极极化曲线有着重要影响。
常见的表面处理方法包括机械抛光、酸洗等。
这些处理方法可以改变镍电极表面的形貌和化学性质,从而影响阳极氧化反应的进行。
4. 电流密度电流密度是指单位面积上通过的电流量。
电流密度对镍电极阳极极化曲线有着显著影响。
通常情况下,随着电流密度增大,阳极氧化反应速率增加。
这是由于更大的电流密度能够提供更多的活化能,促进氧化反应的进行。
5. 阳极材料阳极材料是指与溶液接触并参与反应的材料。
不同材料具有不同的氧化特性,因此会对阳极极化曲线产生影响。
在镍电极中,常见的阳极材料包括纯镍、合金等。
三、实验研究为了探究以上因素对镍电极阳极氧化反应及其产物形成过程的影响,我们进行了一系列实验研究。
我们选取不同组成和浓度的电解液,并在相同的实验条件下测量了镍电极的阳极极化曲线。
结果显示,不同电解液成分会导致阳极氧化反应速率和产物形成程度的差异。
在pH值较高的溶液中,镍电极的阳极氧化速率更快,产生的氧化膜也更厚。
我们将温度作为变量进行实验研究。
通过控制温度,我们观察到随着温度升高,镍电极的阳极氧化速率增加。
这是由于高温下金属离子扩散速率增加,促进了氧化反应的进行。
线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为1. 请绘制一下镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线草图,并指出钝化电流,钝化电势,稳定钝化区间,稳定钝化区电流。
如何测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线?答:采用三电极体系用线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线,在阳极极化曲线测量线路中,参比电极与工作镍电极构成测量回路,对工作镍电极的电势进行测量和控制,回路中没有极化电流流过,只有极小的测量电流,不会对工作电极的极化状态、参比电极的稳定性造成干扰。
辅助电极与工作镍电极构成极化回路,极化电路中流过极化电流,并对极化电流进行测量和控制。
2. 在线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为的实验中,为什么要用恒电势法而不能用恒电流法?答:由于恒电势法能测得完整的阳极极化曲线,因此,在金属钝化研究中比恒电流法更能反映电极的实际过程。
3. 在阳极极化曲线测量中,参比电极和辅助电极各起什么作用?答:在阳极极化曲线测量线路中,参比电极与工作电极构成测量回路,对工作电极的电势进行测量和控制,回路中没有极化电流流过,只有极小的测量电流,不会对工作电极的极化状态、参比电i c 一临界钝化电流E c 一临界钝化电位i p 一稳定钝化电流 AB 一活性溶解区BC 一过渡钝化区CD 一稳定钝化区DE 一过钝化区极的稳定性造成干扰。
辅助电极与工作电极构成极化回路,极化电路中流过极化电流,并对极化电流进行测量和控制。
4. 在恒电势法测定极化曲线时,何谓静态法?何谓动态法?答:(1)静态法将研究电极的电势恒定在某一数值,同时测量相应极化状况下达到稳定后的电流。
如此逐点测量一系列恒定电势时所对应的稳定电流值,将测得的数据绘制成电流-电势图,从图中即可得到钝化电位。
(2)动态法将研究电极的电势随时间线性连续地变化(见图1),同时记录随电势改变而变化的瞬时电流,就可得完整的极化曲线图。
所采用的扫描速率(单位时间电势变化的速率)需根据研究体系的性质而定。
镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定1电极极化当有电流通过电极时,电极电位偏离平衡电极电位的现象叫电极的极化。
1)阴极极化:电流通过阴极时,电极电位向负方向移动,即 EK 比 EK,e负 ,叫阴极极化。
2)阳极极化电流通过阳极时,电极电位向正方向移动 ,即EA 比EA, e正,叫阳极极化。
3)过电位当电极上有电流通过时,电极电位( EK 或 EA )将偏离平衡电极电位( EK,e 或 EA,e),二者之差值叫过电位,以ΔE表示。
ΔE= E –Ee阴极极化时, EK < EK,e,故ΔE < 0,阳极极化时, EA > EA,e,故ΔE > 0。
1.1稳态极化曲线稳态是指电极上通过的电流以及电极电位不随时间改变的状态。
在稳态下测量得到的电流密度与电极电位 (或过电位 )之间的关系曲线叫做极化曲线。
图1和图 2为典型的稳态阴极极化曲线和阳极极化曲线。
1.2电化学极化1)交换电流密度将金属 M 浸入含有 M z+离子的溶液中 ,在两相界面间便发生了物质的转移和电荷的转移 ,最后建立了物质平衡和电荷平衡 ,其电极电位即为平衡电极电位。
此时界面间金属离子的还原速度等于金属的氧化速度 ,电流密度J表示 ,叫做交换电流密度。
2)电化学极化以金属电沉积的阴极过程为例 ,当对镀液进行强烈搅拌 ,使液相传质步骤无任何困难 ,将处于平衡状态下的阴极通以外电流 ,此时电极与镀液界面间的还原反应速度一定大于氧化反应速度 ,由于电子转移步骤存在着阻力 ,还原反应不能将外电源输送的电子全部消耗 ,电极表面负的剩余荷增加 ,使得电极电位向负方向移动 ,即产生了极化。
这种由于电子转移步骤的阻力引起的电极的极化叫做电化学极化。
3)交换电流密度与电化学极化的关系交换电流密度 J是描述电极处于平衡状态的参量 ,但是它与平衡电极电位 Ee不同 , Ee 是热力学函数 ,而J是动力学函数。
两个 Ee相同的电极 ,其J0可以相差几千倍。
阳极极化曲线实验报告阳极极化曲线实验报告引言:阳极极化曲线实验是一种常见的电化学实验方法,用于研究金属在电化学腐蚀过程中的行为。
通过测量阳极电流与阳极电位之间的关系,可以了解金属的耐蚀性和腐蚀速率。
本实验旨在通过测量不同金属在不同电位下的阳极电流,探究金属的耐蚀性差异。
实验方法:1. 实验材料准备:本实验选取了铝、铜和铁三种金属作为实验材料。
将这三种金属切割成片状,并用砂纸打磨表面,以确保金属表面的光洁度。
2. 实验仪器准备:实验所需仪器包括:电化学工作站、电化学池、参比电极、阳极电流检测电极、电位扫描电极和数据采集系统。
3. 实验步骤:a. 将电化学池中的电解液(如盐酸)加热至适宜温度,并保持恒温。
b. 将实验材料片依次放入电化学池中,确保每块材料片的表面都与电解液充分接触。
c. 将阳极电流检测电极和电位扫描电极分别连接到电化学工作站上,并将参比电极插入电解液中。
d. 在电化学工作站上设置实验参数,如电位范围和扫描速率。
e. 开始实验,记录不同电位下的阳极电流。
实验结果:将实验数据进行整理和分析后,得到了以下结果:1. 阳极极化曲线图:通过绘制不同金属在不同电位下的阳极电流与电位之间的关系曲线,得到了阳极极化曲线图。
曲线的形状和趋势反映了金属的耐蚀性和腐蚀速率。
在曲线中,存在两个重要参数:极化电流密度和极化电位。
2. 极化电流密度:极化电流密度是指单位面积上的阳极电流。
通过实验数据计算得到不同金属的极化电流密度,可以比较它们的耐蚀性。
结果显示,铝的极化电流密度最小,说明铝具有较好的耐蚀性;铜的极化电流密度次之;而铁的极化电流密度最大,表明铁的耐蚀性相对较差。
3. 极化电位:极化电位是指金属表面的电位与标准电极之间的差值。
通过实验数据计算得到不同金属的极化电位,可以了解金属在不同电位下的腐蚀行为。
结果显示,铝的极化电位最高,说明铝的腐蚀速率较慢;铜的极化电位次之;而铁的极化电位最低,表明铁的腐蚀速率较快。
物理化学实验报告镍等金属钝化曲线的测定及腐蚀行为评价学院:班级:学号:姓名:指导教师:一、实验目的(1)掌握用线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线和钝化行为。
(2)了解金属钝化行为的原理和测量方法。
(3)测定C1-浓度对Ni钝化的影响。
二、实验原理(一)金属的钝化金属处于阳极过程时会发生电化学溶解,其反应式为:M →Mn+ + ne-在金属的阳极溶解过程中,其电极电势必须大于其热力学电势,电极过程才能发生。
这种电极电势偏离其热力学电势的行为称为极化。
当阳极极化不大时,阳极过程的速率(即溶解电流密度)随着电势变正而逐渐增大,这是金属的正常溶解。
但当电极电势正到某一数值时,其溶解速率达到最大,而后,阳极溶解速率随着电势变正,反而大幅度降低,这种现象称为金属的钝化。
金属钝化一般可分为:化学钝化和电化学钝化。
金属之所以由活化状态转变为钝化状态,目前对此问题有着不同看法:(1)氧化膜理论:在钝化状态下,溶解速度的剧烈下降,是由于在金属表面上形成了具有保护性的致密氧化物膜的缘故。
(2)吸附理论:这是由于表面吸附了氧,形成氧吸附层或含氧化物吸附层,因而抑制了腐蚀的进行。
(3)连续模型理论:开始是氧的吸附,随后金属从基底迁移至氧吸附膜中,然后发展为无定形的金属-氧基结构。
各种金属在不同介质或相同介质中的钝化原因不尽相同,因此很难简单地用单一理论予以概括。
(二)影响金属钝化过程的几个因素(1)溶液的组成溶液中存在的H+、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属钝化现象起着显著的影响。
在中性溶液中,金属一般是比较容易钝化的,而在酸性或某些碱性溶液中要困难得多。
(2)金属的化学组成和结构各种纯金属的钝化能力均不相同,以Fe、Ni、Cr种金属为例,易钝化的顺序Cr>Ni>Fe。
(3)外界因素当温度升高或加剧搅拌,都可以推迟或防止钝化过程的发生。
这显然是与离子的扩散有关。
在进行测量前,对研究电极活化处理的方式及其程度也将影响金属的钝化过程。
阳极极化曲线的测定阳极极化曲线的测定与分析导读:就爱阅读网友为您分享以下“阳极极化曲线的测定与分析”资讯,希望对您有所帮助,感谢您对的支持!阳极极化曲线的测定与分析了解自腐蚀电位、致钝电位和维钝电位、过钝解自腐蚀电位、致钝电位和维钝电位、过钝化电位以及致钝电流密度和维钝电流密度等概化电位以及致钝电流密度和维钝电流密度等概念;念; 2. 2. 掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方法;法;3. 3. 通过阳极极化曲线的测定,判定实施阳极保护通过阳极极化曲线的测定,判定实施阳极保护的可能性,初步选取阳极保护的技术参数;的可能性,初步选取阳极保护的技术参数; 4. 4. 掌握掌握IM6ex IM6ex电化学工作站的使用方法。
电化学工作站的使用方法。
将一种金属将一种金属((电极电极))浸在电解液中,在金属与溶液之间就会浸在电解液中,在金属与溶液之间就会形成电位,这种电位称为该金属在该溶液中的电极电位。
形成电位,这种电位称为该金属在该溶液中的电极电位。
当有外加电流通过此电极时,其电极电位会发生变化,这当有外加电流通过此电极时,其电极电位会发生变化,这种现象称为电极的极化。
如果电极为阳极,则电极电位将种现象称为电极的极化。
如果电极为阳极,则电极电位将向正方向偏移,称为阳极极化;对于阴极,电极电位将向向正方向偏移,称为阳极极化;对于阴极,电极电位将向负方向偏移,称为阴极极化。
负方向偏移,称为阴极极化。
电极电位随电流密度变化的电极电位随电流密度变化的关系曲线称为极化曲线关系曲线称为极化曲线。
为了判定金属在电解质溶液中采。
为了判定金属在电解质溶液中采取阳极保护的可能性,选择阳极保护的取阳极保护的可能性,选择阳极保护的33个主要技术参个主要技术参数数——致钝电流密度致钝电流密度、、维钝电流密度维钝电流密度和和钝化区的电位范围钝化区的电位范围,,需要测定阳极极化曲线。
需要测定阳极极化曲线。
镍电极在硫酸溶液中极化(钝化)曲线的测定1.实验目的1.1了解金属钝化的原因和钝化行为的测定方法;1.2了解金属钝化行为的原理;1.3掌握用CHI660来测定镍电极在硫酸体系中不同KCl浓度时的阳极钝化曲线。
2.实验原理:2.1 金属的阳极与钝化过程:金属的阳极过程是指金属作为阳极发生电化学溶解的过程。
M → M n++ n e-在金属的阳极溶解过程中,其电极电势必须高于其热力学电势,电极过程才能发生。
这种电极电势偏离其热力学的现象称为极化。
当阳极极化不大时,极化的速率随着电势变正而逐渐增大,这就是金属的正常溶解。
当电极电势正到某一数值时,其溶解速率随着电势变正,反而大幅度地降低,这种现象称为金属钝化。
金属钝化一般可分为两种。
若把铁浸入浓硝酸(d>1.25)中,一开始铁溶解在酸中并放出NO,这时铁处于活化状态.经过一段时间后,铁几乎停止了溶解,此时的铁即使放在硝酸银溶液中也不能转换出银,这种现象称为化学钝化。
另一种钝化称为电化学钝化,即用阳极极化的方法使金属发生钝化。
金属处于钝化状态时,其溶解速率较小,一般为10-6~10-8 A/cm2。
金属之所以会由活化状态转变为钝化状态,至今还存在着不同的观点。
有人认为金属钝化是由于金属表面形成了一层保护性的致密氧化膜,因而阻止了金属的进一步溶解,称为氧化物理论;另一种观点则认为金属钝化是由于金属表面吸附了氧,形成了氧吸附层或氧化物吸附层,因而拟制了腐蚀的进行,称为表面吸附理论;第三种观点认为,开始是氧的吸附,随后金属从基底迁移至氧吸附膜中,然后发展为无定形的金属-氧基结构而使金属溶解速率降低,被称为连续模型理论。
2.2 研究金属钝化的方法:该实验是通过用恒电位法测定金属钝化曲线。
也就是说通过恒电位仪对研究电极给定一个恒定电位(即给定电位)后,测量与之对应的准稳态电流值(I),以阳极电位E给定与开路电位E开路之差,即过电位η对通过电极的电流密度j对数l舀作图,得如图1所示金属Ni钝化曲线示意图。
《物理化学基础实验》线性电势扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为实验一、实验目的1.掌握金属钝化行为的基本特征和测量方法。
2.基本掌握用线性电势扫描法测量镍在硫酸溶液中阳极极化曲线和钝化行为。
3.了解氯离子对镍钝化行为的影响。
二、实验原理1.金属的钝化过程当电极电势高于热力学平衡电势时,金属作为阳极将发生下面电化学溶解过程: -++→ne M M n (1)电化学反应过程,这种电极电势偏离其热力学电势的现象称为电极的极化。
当金属上超电势不大时,阳极过程的速率随电极电势而逐渐增大,这是金属的正常溶解。
但当电极电势正到某一数值时,其溶解速度达到最大,而后随着电极电势的变正,阳极溶解速度反而大幅度降低,这种现象称为金属的钝化现象。
研究金属的阳极溶解及钝化过程通常采用恒电势法。
对于大多数金属来说,其阳极极化曲线大都具有图15-1所示的形式。
从恒电势法测定的极化曲线可以看出,它有一个“负坡度”区域的特点。
具有这种特点的极化曲线是无法用恒电流的方法测定的。
因为同一个电流I 可能相应于几个不同的电极电势,因而在控制电流极化时,体系的电极电势可能发生振荡现象,即电极电势将处于一种不稳定状态。
控制电势技术测得的阳极极化曲线(图1)通常分为四个区域:(1)活性溶解区(AB 段)。
电极电位从初值开始逐渐往正变化,相应极化电流逐渐增加,此时金属进行正常的阳极溶解。
(2)过渡钝化区(BC 段)。
随着电极电势增加到B 点,极化电流达到最大值图15-1 阳极钝化曲线示意图 Figure 15-1 The anode passivation curve diagram I p -致钝电流; φp -致钝电位; AB 段-活性溶解区; BC 段-活化钝化过渡区;CD 段-钝化区;DE 段-过钝化区。
i p。
若电极电势继续增加,金属开始发生钝化现象,即随着电势的变正,极化电流急剧下降到最小值。
通常B点的电流I p称为致钝电流,相应的电极电位E p称为致钝电位。
物理化学实验报告镍等金属钝化曲线的测定及腐蚀行为评价学院:班级:学号:姓名:指导教师:一、实验目的(1)掌握用线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线和钝化行为。
(2)了解金属钝化行为的原理和测量方法。
(3)测定C1-浓度对Ni钝化的影响。
二、实验原理(一)金属的钝化金属处于阳极过程时会发生电化学溶解,其反应式为:M →Mn+ + ne-在金属的阳极溶解过程中,其电极电势必须大于其热力学电势,电极过程才能发生。
这种电极电势偏离其热力学电势的行为称为极化。
当阳极极化不大时,阳极过程的速率(即溶解电流密度)随着电势变正而逐渐增大,这是金属的正常溶解。
但当电极电势正到某一数值时,其溶解速率达到最大,而后,阳极溶解速率随着电势变正,反而大幅度降低,这种现象称为金属的钝化。
金属钝化一般可分为:化学钝化和电化学钝化。
金属之所以由活化状态转变为钝化状态,目前对此问题有着不同看法:(1)氧化膜理论:在钝化状态下,溶解速度的剧烈下降,是由于在金属表面上形成了具有保护性的致密氧化物膜的缘故。
(2)吸附理论:这是由于表面吸附了氧,形成氧吸附层或含氧化物吸附层,因而抑制了腐蚀的进行。
(3)连续模型理论:开始是氧的吸附,随后金属从基底迁移至氧吸附膜中,然后发展为无定形的金属-氧基结构。
各种金属在不同介质或相同介质中的钝化原因不尽相同,因此很难简单地用单一理论予以概括。
(二)影响金属钝化过程的几个因素(1)溶液的组成溶液中存在的H+、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属钝化现象起着显著的影响。
在中性溶液中,金属一般是比较容易钝化的,而在酸性或某些碱性溶液中要困难得多。
(2)金属的化学组成和结构各种纯金属的钝化能力均不相同,以Fe、Ni、Cr种金属为例,易钝化的顺序Cr>Ni>Fe。
(3)外界因素当温度升高或加剧搅拌,都可以推迟或防止钝化过程的发生。
这显然是与离子的扩散有关。
在进行测量前,对研究电极活化处理的方式及其程度也将影响金属的钝化过程。
镍在硫酸溶液中的极化曲线实验报告方程式
极化曲线实验可以用于研究金属电极在电化学反应中的性质。
以下是一个针对镍在硫酸溶液中极化曲线实验的典型实验方程式:
实验条件:
氢电极作为参比电极,铂电极作为工作电极,浓度为1mol/L的硫酸溶液作为电解液,实验室温度为25℃。
实验步骤:
1.将铂电极置于硫酸溶液中,先进行阳极极化;
2.测量阳极上电位随时间的变化,记录电位极化曲线;
3.反复通过电流对阳极进行极化,并记录电位随时间变化的极化曲线;
4.将阳极与电解液隔离,冷却后再进行阴极极化,记录电位随时间变化的极化曲线。
实验结果:
根据实验数据绘制出镍在硫酸溶液中的阳极和阴极极化曲线,可得到极化曲线实验报告方程式,公式如下:
阳极极化曲线:
E = Ecorr + a*log(i)
其中,E为电位值,Ecorr为开路电位值,a为斜率,i为电流密度值。
阴极极化曲线:
E = Ecorr - b*log(i)
其中,E为电位值,Ecorr为开路电位值,b为斜率,i为电流密度值。
通过极化曲线实验,可以得到不同电位下电流密度的变化,进而研究镍在硫酸溶液中的电化学反应性质,为金属电极在腐蚀、镀层等领域的应用提供基础数据。
2012-2013学年第三学期实验室开放周实验项目汇总表开放单位:化工与环境生命学部(学院)基础化学实验教学中心实验中心联系人:崔丽钧;预约电话: 84706313 ;办公地点:化学楼328 。
开放单位:化工与环境生命学部(学院)化工综合实验教学中心(化学工程与工艺实验室)实验中心联系人:张艳;预约电话: 187******** ;办公地点:化工实验楼D217 。
开放单位:化工与环境生命学部(学院)生物与环境实验教学中心(生物)实验中心联系人:唐颖;预约电话: 131******** ;办公地点:生物楼203或519 。
开放单位:化工与环境生命学部(学院)生物与环境实验教学中心(环境)实验中心联系人:唐颖;预约电话: 131******** ;办公地点:生物楼203或519 。
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开放单位:机械工程与材料能源学部(学院)机械工程实验教学中心实验中心联系人:梁丰;预约电话: 84708426 ;办公地点:机械基础实验室201 。
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开放单位:机械工程与材料能源学部(学院)机械工程实验教学中心(液压)实验中心联系人:刘建伟;预约电话: 84708047 ;办公地点:机械318 。
开放单位:机械工程与材料能源学部(学院)材料中心实验室实验中心联系人:戚琳;预约电话: 84707793 ;办公地点:材料馆120 。
开放单位:电子信息与电气工程学部学部(学院)电工电子实验教学中心实验中心联系人:王林;预约电话: 151******** ;办公地点:综合楼119 。
开放单位:电子信息与电气工程学部学部(学院)电工电子实验教学中心实验中心联系人:姜艳红;预约电话: 137******** ;办公地点:综合楼319、323 。
实验36 镍在H2SO4溶液中的极化曲线的测定一 实验目的1.掌握恒电势法测定极化曲线的方法。
2.了解极化曲线的物理意义及其应用。
3.学会使用电化学分析仪。
二 预习要求1. 熟悉极化曲线上每一段所表示的意义。
2. 学会用极化曲线分析物质的钝化行为。
三 实验原理金属钝化现象是很常见的。
用控制电位法测量能够钝化的金属的阳极溶解过程时,一般均可得到如图36-1所示的阳极极化曲线。
图中的曲线可分成4个区域[1,2]:(1)AB段为活性溶解区。
此时金属进行正常的阳极溶解,阳极电流随电位的变化符合Tafel公式。
(2)BC段为过渡钝化区。
电位达到B点时,电流为最大值,此时的电流称为钝化电流(i 钝),所对应的电位称为临界电位或钝化电位(E钝)。
电位过B点后,金属开始钝化,其溶解速度不断降低并过渡到钝化状态(C点之后)。
(3)CD段为稳定钝化区。
在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位而改变。
此时的电流称为钝态金属的稳定溶解电流。
(4)DE段为过钝化区。
D点之后阳极电流又重新随电位的正移而增大,此时可能是高价金属离子的产生;也可能是水电解析出的O2;还可能是两者同时出现。
图36-1 金属钝化曲线金属钝化现象具有实际应用价值。
在化学电源和电镀工业中均采取一定的措施防止阳极钝化现象的发生;而在金属防腐蚀领域中则要求金属处于稳定钝化状态。
在钢铁中添加金属铬和镍使之成为不锈钢是一个典型的例子。
传统测定金属的钝化行为均采用恒电位仪、信号发生器和函数记录仪等模拟电路的仪器[2,3] 。
本文利用CHI电化学分析仪的线性电位扫描法功能测定镍在硫酸溶液和不同氯离子浓度的硫酸溶液中的钝化行为。
与传统方法相比,CHI电化学分析仪在视窗界面下操作,有操作简便、精度和灵敏度高以及处理数据方便等优点。
将该仪器的功能开发应用到基础物理化学实验中,不但提高了物理化学实验的测试层次,也可提高学生对基础实验的兴趣。
四 测量装置和试剂仪器采用美国CH Instruments公司生产(或由上海辰华仪器公司组装)的电化学分析仪,只要具有线性电位扫描(Linear Sweep Vohammetry)测定功能的CHI电化学分析仪(包括CHI600和CHI800系列)均可用于该实验测量。
镍在硫酸介质中的阳极钝化行为——极化曲线法一、实验目的1.了解金属钝化的原因和钝化行为的测定方法;2.掌握运用静态和动态极化曲线法测定极化曲线的方法。
3. 技能要求:掌握DJS-292恒电位的使用方法。
二.实验原理金属的阳极过程是指金属作为阳极发生电化学溶解的过程。
在金属的阳极过程中存在着电极的极化。
当阳极极化不大时,阳极过程的速率随着电位的变正而逐渐增大,这是金属的正常溶解。
当电极电位正到某一数值时,阳极溶解速率达到最大,随后阳极溶解速率随着电极电位变正反而大幅度地降低,这种现象称为金属的钝化行为。
阳极极化曲线如图所示:图中: AB区,金属正常溶解,称为活性溶解区。
BC区,称为过渡钝化区,B点电位称为临时钝化电位,B点电流称为临时钝化电流.CD区,电流为钝化金属的稳定溶解电流,数值较小且基本不变,称为稳定钝化区。
D点以后:为超钝化区电位超过,由于高价金属离子的形成或氧的析出,电流又急剧增加。
金属钝化的影响因素有:溶液组成、温度和搅拌等。
在中性溶液中,金属易钝化;而在酸性或碱性溶液中,金属钝化比较困难。
卤素离子可活化阳极,而氧化性阴离子则促使金属钝化。
升温、加快搅拌有利阳离子扩散,能推迟和防止钝化过程发生。
恒电位极化曲线的测定有静态法和动态法。
静态法是在一个恒定电位下,观察电流随时间的变化,直至电流基本达到某种稳定值,此值为该电位下的稳定电流。
本实验利用恒电位仪按照一定的规律改变阳极的电位,同时测定相应的电流的值。
从而通过作图得到镍在硫酸介质中的极化曲线图以及氯离子对镍在硫酸介质中阳极敦化曲线行为的影响。
实验线路图:三、实验试剂与仪器镍电极;甘汞电极;硫酸溶液(0.5mol•L-1);H2SO4+KCl 溶液(H2SO40.5mol•L-1 + KCl 0.5mol•L-1)。
DJS-292恒电位仪;四、实验步骤(1).准备工作:1.用金相砂纸蘸水打磨镍电极,尽量打磨发亮,将较亮的一极作为工作极,插入左孔中。
镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定
(微型绿色实验)
实验背景
钢铁,尤其是特种钢及有色金属的年产量是衡量一个国家工业和国防发展水平的重要标志之一。
故世界各国都对本国的钢铁生产给予极大的重视并尽可能扩大钢铁的产量。
然而,由于各种原因,钢铁因腐蚀造成的损失也是惊人的。
据不完全统计,全世界各国每年仅因腐蚀而损耗的钢铁可达到当年钢铁生产总量的十分之一以上。
与此同时,有色金属的腐蚀和防护也是腐蚀研究的重要内容。
因此,金属腐蚀与防护理论及相关防腐技术的研究是与材料、环保、能源乃至其他部门密切相关的,它既有理论意义又有应用价值,既有经济效益又有社会效益。
研究金属腐蚀的方法因腐蚀机理的不同而不同。
在电化学领域,阳极极化曲线是研究金属电化学腐蚀及电化学防腐的基本工具之一,通过对阳极极化曲线的测量和分析,可以获得金属在所给介质中溶解腐蚀和钝化情况的资料,从而为金属的防护提供理论依据。
本实验将利用CHI电化学分析仪,通过对镍的阳极极化曲线的测定,研究镍在不同电解质中的腐蚀及钝化行为,考察不同添加剂对镍腐蚀行为的影响,最后要求按照规范化的科研论文的格式将研究内容写成论文。
实验提示
1、关键词(key worlds)
查阅《中国化学化工文摘》和《中国学术期刊文摘》,可用的关键词为:
电化学腐蚀,电化学,电极,电化学测量,镍
如果你想查阅美国化学文摘(C.A),可以使用的主题词有:Corrosion,Electrode,Nickel
2、主要参考文献
(1)《腐蚀与防护手册》,化工部化工机械研究所编,化学工业出版社出版,575~582页,1990年8月,北京
(2)《腐蚀数据与选材手册》,左景伊,左禹编著,化学工业出版社出版,638~661页,1995年10月,北京
(3)《中国化学化工文摘》、《中国学术期刊文摘》、美国化学文摘(C.A)
(4)(英)U.R.艾万思著,华保定译,《金属的腐蚀与氧化》,机械工业出版社出版,P179~205,1976年6月,北京。
(5)魏宝明主编,《金属腐蚀理论及应用》,(高等学校试用教材),化学工业出版社出版,P114~137,北京。
3、相关原理
典型的金属阳极极化曲线如图5-75-1。
图中,A
点电势为初始扫描电势,它可以是电极的开路电势,
也可以由实验者自己设定。
图中的阳极极化曲线可
分为四个部分:
(1)AB段为阳极的活性溶解区:随着电极电势
的升高,阳极电流逐渐增大,表示金属的活性腐蚀
增强,此时金属晶格上的金属原子溶解进入溶液中
形成水合离子(或络离子)B点对应的电流j B称为
最大腐蚀电流。
(2)BC段为过渡钝化区:随着电极电势的逐渐升高,电流逐渐减小。
这是因为此时电极表面逐渐形成某种吸附膜或氧化膜,致使电阻增大,电极过程受阻所致。
(3)CD段为稳定钝化区:电极电势急剧升高,而电流基本保持不变。
这是因为电极表面已经形成一层致密的电阻膜。
该电阻膜极大地阻止了电极过程的进一步进行,因而电流基本保持不变。
C点对应的电流j C称为稳定钝化电流或维钝电流,亦即最小腐蚀电流。
如果要对金属进行阳极保护,则必须把金属构件的电势控制在CD段。
(4)DE段为过钝化区:随着电极电势的进一步升高,电流复又增加。
这是由于电极表面发生了其他阳极过程,例如氧气的析出和/或由于电阻膜破裂而造成金属的二次腐蚀。
阳极极化曲线的测量是采用恒电势仪控制电势法完成的。
控制电势法又可以分为
静态法和动态法两种。
静态法是由低到高每隔一定值施加一个电势使阳极发生极化,然后测量电极在该电势下的稳定电流值。
该方法比较费时。
但所需仪器设备较简单,比较容易实现。
动态法是利用自动扫描仪以适当的设定速度连续改变阳极的电极电势,并同步测量各相应电势下的瞬态电流,再由X—Y记录仪或计算机自动记录并绘制E—j曲线,即阳极极化曲线。
自动扫描仪的扫描速率取决于所研究的电极系统。
一般而言,电极表面建立稳态的速率愈慢,相应的扫描速率也应较慢。
动态法所需仪器设备较复杂,但较省时间而且可以将测量资料存储并随时按需要进行加工处理,故在条件允许时大多采用动态法尤其是采用计算机自动控制线行扫描伏安法
实验条件
实验室可以提供的仪器:CHI电化学分析仪(微型研究用);计算机;打印机(8组共用);微型铂电极;饱和甘汞电极;微型研究电极(如微型镍电极);
实验室可以提供的药品:电解质溶液(如硫酸水溶液);添加剂(如氯化钠、亚硝酸钠、碳酸钠、钼酸钠和三乙醇胺等)。
实验者如若需要特殊药品,应该提前向有关实验室的指导老师提出计划。
实验要求
1、可以利用手工检索,也可以利用微机联网自动检索,查阅本实验提供的或自选的文献,作出较为详细的摘录。
2、参考查到的文献资料,通过自己的综合思考,制定详细的研究方案,并实施你的实验方案,详细记录实验结果及实验中观察到的现象,主要考查酸碱介质、添加剂和温度等条件对金属腐蚀的影响。
3、对实验结果的归纳总结和讨论,包括对研究数据按一定的规律性的总结(可以用表格,也可以用图形、曲线等),对实验结果及研究规律进行认真的实事求是的讨论。
在讨论时请参考以下提示:
(1)镍在稀硫酸中活化溶解和钝化反应的方程式及腐蚀产物的形态。
(2)何类物质能够加速镍在稀硫酸中的腐蚀,何类物质可以减缓镍在稀硫酸中的腐蚀?为什么?除本实验所用的物质之外你认为还有那些物质可以更有效地减缓镍的腐蚀?
(3)根据你的研究指出镍在所研究的介质中的安全工作条件,此条件下的腐蚀速率为多少?以毫米/年或毫克/米2.小时表示。
(4)基于本研究事实可以给出那些有意义的结论。
4、在前三项基础上独立写出实验研究论文。
附:CHI电化学分析仪的使用
1、阅读CHI电化学分析仪使用说明。
2、将工作电极、参比电极(饱和甘汞电极,简略为S.C.E,下同)和辅助电极分别接到CHI电化学分析仪的相应接线上,并固定在电极架上。
3、分别将CHI电化学分析仪和计算机的电源插头插到位于实验桌侧面的电源插座上,打开CHI电化学分析仪的电源开关并启动计算机。
4、用鼠标双击计算机桌面上CHI电化学分析仪软件的快捷键,可以打开CHI电化学分析仪软件的界面,如图5-75-2
图5-75-2 CHI电化学分析仪微机操作界面
5、用鼠标点击T 键,立即出现如图5-75-3的技术选择对话框。
选择Linear Sweep V oltammetry,然后点击OK键。
6、用鼠标点击Setup,出现如图5-75-4的文字对话框,选择System,则立即出现如图5-75-5所示的对话框。
选择Com 1、50Hz、Positive Rit、Positive Up、Anodic Positive 和English。
然后点击OK。
7、用鼠标点击图5-75-2中的Control键,出现一个长条形对话框,选择Open Circuit Potential,则界面上立即显示出所测电极的开路电势量值。
如果界面上出现Link failed字样,则说明电极系统尚未连接好。
此时,需仔细检查电极系统,将错误改正后重试。
图5-75-3 CHI技术选择对话图5-75-4 CHI系统选择对话框
8、重新打开系统选择对话框(如图5-75-4),选择Parameters ,立即出现如图5-75-6的对话框。
按照被扫描系统的电化学特性设置各扫描参数。
如对于金属镍-硫酸水溶液系统,参数可以设置如下(注意:本实验所记录的电势均相对于饱和甘汞电极,即vs.S.C.E ):
初始扫描电势 init.,E (V ):-0.6; 终止扫描电势 Final,E (V ): 1.5;
扫描速率 Scan Rate :r (V/s ):0.1;取样间隔:(1/V ):0.001;
预处理时间 Quiet Time (s ):60; 灵敏度 Sensitivety (A/V ):1 e –003
扫描参数设置完成后点击OK ,回到图5-75-2的界面。
用鼠标点击运转键(Run )►,立即出现图5-75-7所示的对话框。
待预处理时间结束后,仪器会自动扫描并画出极化曲线,如图5-75-8所示。
给图5-75-8命名并储存。
图5-75-8可以给出的信息如下:测量条件;活化腐蚀电势范围,即AB 之间的电势;峰值电势E p ,峰值电流I p ,即致钝电势和致钝电流,亦即B 点的电势及电流;维钝电势和维钝电流,即C 点对应的电势和电流;维钝电势范围,即CD 之间的电势。
9、向硫酸溶液中加入少量选定的金属盐(质量摩尔浓度b =10-2 ~ 10-4mol.kg -1),重复上述7、8两步,再次测量Ni 的阳极极化曲线。
将各极化曲线参数列表。
10、将实验图谱转换成World 文档,输入打印机打印。
(注意:尽管所用液体很少,但为了培养环保意识,每次待测溶液用完后都要收集在规定的容器中,用其他实验的碱液进行中和,切忌倒入水槽中!)
图5-75-7 线性扫描极化曲线直角坐标图 图5-75-8 镍在硫酸中的阳极极化曲线
D
C B
A D 图5-75-6 CHI 系统工作界面 线性扫描技术参数设置对话框 图5-75-5 CHI 系统工作界面极性选择对话框。