基础化学实验Ⅲ
目的要求
了解极化曲线的意义和应用;
掌握恒电位仪的使用方法.
掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理 和测试方法;
实验十一 极化曲线的测定
实验原理
1.极化现象与极化曲线
图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
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.
实验十一 极化曲线的测定
实验原理
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势正于其热力学电势时才能发生.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降低,这种现象称为金属的钝化现象.
实验十一 极化曲线的测定
图1中曲线表明.从A点开始,随着电位向正方向移动,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,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点以后,随着电势的继续增加,电流却保持在一个基本不变的很小的数值上,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,DE段称为过钝化区.
实验原理
2. 极化曲线的测定
(1) 恒电位法
恒电位法就是将研究电极依次恒定在不同的数值上,然后测量对应于各电位下的电流.在实际测量中,常用的控制电位测量方法有以下两种:
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,如此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.
动态法: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.
实验原理
实验十一 极化曲线的测定
(2) 恒电流法
恒电流法就是控制研究电极上的电流密度依次恒定在不同的数值下,同时测定相应的稳定电极电势值.采用恒电流法测定极化曲线时,由于种种原因,给定电流后,电极电势往往不能立即达到稳态,不同的体系,电势趋于稳态所需要的时间也不相同,因此在实际测量时一般电势接近稳定(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间.
实验原理
实验十一 极化曲线的测定
仪器试剂
(1)仪器:恒电位仪1台;数字电压表1只;毫安表1只;电磁搅拌器一台;饱和甘汞电极1支;碳钢电极2支(研究电极,辅助电极各1支);三室电解槽1只(见图2)
(2)试剂:2mol·dm-3 (NH4)2CO3溶液;0.5 mol·dm-3 H2SO4溶液;0.5 mol·dm-3H2SO4+5.0×10-3 mol·dm-3 KCl混合溶液;0.5 mol·dm-3 H2SO4+0.1mol·dm-3KCl混合溶液;N2.
实验十一 极化曲线的测定
碳钢在碳酸铵溶液中的极化曲线
实验步骤
碳钢预处理:
用金相砂纸将碳钢研究电极打磨至镜面光亮,在丙酮中除油后,留出1cm2面积,用石蜡涂封其余部分.以另一碳钢电极为阳极,处理后的碳钢电极为阴极,在0.5 mol·dm-3H2SO4溶液中控制电流密度为5mA·cm-2,电解10min,去除电极上的氧化膜,然后用蒸馏水洗净备用.
实验十一 极化曲线的测定

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