电化学实验实验一碳钢在碳酸铵溶液中的极化曲线【目的要求】。。。【实验原理】,必须对电极过程进行研究,其中极化曲线的测定是重要方法之一。我们知道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极化曲线AB: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(1)AB段为活性溶解区,此时金属进行正常的阳极溶解,阳极电流随着电势的正移而不断增大。(2)BC段为过渡钝化区(负坡度区)。随着电极电势变正达到B点之后,此时金属开始发生钝化,随着电势的正移,金属溶解速率不断降低,并过渡到钝化状态。对应于B点的电极电势称为临界钝化电势ψ,对应的钝化电流密度叫临界钝化电流密度i。(3)CD段为稳定钝化区,在此区域内金属钝化的溶解速率降低到最小值,并且基本上不随电势的变化而改变,此时的电流密度称为钝态金属的稳定溶解电流密度。(4)DE段为超钝化区。此时阳极电流又重新随电势的正移而增大,电流增大的原因可能是高价金属离子的产生,也可能是O的析出,还可能是两者同时出现。2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:n+M?M,ne此过程只有在电极电势正于其热力学平衡电势时才能发生。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。图2-19-1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,这是因为在金属表面生产了一层电阻高,耐腐蚀的钝化膜。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,电流才又随着电势的上升而增大,表示阳极又发生了氧化过程,可能是高价金属离子产生,也可能是水分子放电析出氧气,DE段称为过钝化区。(1)恒电位法恒电位法就是将研究电极的电极电势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。极化曲线的测量应尽可能接近体系稳态。稳态体系指被研究体系的极化电流、电极电势、电极表面状态等基本上不随时间而改变。在实际测量中,常用的控制电位测量方法有以下两种:阶跃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。对某些体系,达到稳态可能需要很长时间,为节省时间,提高测量重现性,往往人们自行规定每次电势恒定的时间。慢扫描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绘制准稳态极化曲线就可以了。上述两种方法都已经获得了广泛应用,尤其是慢扫描法,由于可以自动测绘,扫描速度可控制一定,因而测量结果重现性好,特别适用于对比实验。(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1,3min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。【仪器试剂】CHI660工作站(或恒电位仪1台;数字电压表1只;毫安表1只);电磁搅拌器1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2-19-2);氮气钢瓶1个。-3-3-3(NH)CO(2mol?dm);HSO