阳极极化曲线的测定与分析.

阳极极化曲线阴极极化

曲线的测定

阴极极化曲线的测定

The measurement of cathode polarization curve

一、实验目的及要求

1．测定氢在光亮铂电极上的活化超电势，并求出塔菲尔公式中的两个常数a和b以及交换电流密度i；

2．了解超电势的种类和影响超电势的因素；

3．掌握采用三电极恒电流法测定阴极极化曲线的实验方法。

二、实验基本原理

本实验采用三电极恒电流法测定阴极极化曲线。在电解H2SO4溶液时，阴极上产生H2，电极反应成为成为单向不可逆过程，电极表面产生极化，其氢超电势为

η=Φ

不可逆电极电势为φc=φH+/H2－φ甘汞－c

对于阴极极化的电化学极化，在一定电流密度范围内塔菲尔公式为η=a＋b log i 式中，η为氢超电势，单位为V；a和b为常数，b为该线性方程的斜率，b值随电极性质等的变化影响不大；a为电流密度为1A•cm-1时的超电势值，a值的大小与电极材料、表面状态、电流密度、溶液组成和温度等有关，基本代表了电极反应的不可逆程度的大小。a 值越大，在所给电流密度氢超电势也越大。铂电极材料属于低氢超电势金属，其a值在0.1-0.3V之间。

当电流密度极低时，氢超电势不服从上述塔菲尔公式，此时η与电流密度i成正比关系。

所以，氢超电势的测量就是如何测量在一定范围内一系列不同电流密度下的电极电势，以及在实验中如何采取措施消除电阻超电势和浓差超电势等问题。

实验选择甘汞电极作辅助电极与被测电极组成一个电解池使氢在电极上电解；同时选择一个掺比电极与被测电极组成一个原电池，测量电动势，获得被测电极的电极电势。对于电阻超电势可采用鲁金毛细管消除。

极化曲线的测定

极化曲线的测定

⼀、实验⽬的

掌握恒电位测定极化曲线的⽅法，测定碳钢（圆型钢筋）在碱性溶液中的恒电位阳极极化曲线及其极化电位。

⼆、实验原理

实际的电化学过程并不是在热⼒学可逆条件下进⾏的。在电流通过电极时，电极电位会偏离其平衡值，这种现象称为极化。在外电流的作⽤下，阴极电位会偏离其平衡位置向负的⽅向移动，称为阴极极化；⽽阳极电位会偏离其平衡位置向正的⽅向移动，称为阳极极化。在电化学研究中，常常测定极化曲线，即电极电位与电流密度的关系。铁在硫酸溶液中典型的阳极极化曲线如图23.1所⽰，该曲线分为四个区域：

电

流

密

度

i 阳极电位φ

+

图23.1 阳极极化曲线

1．从点a 到点b 的电位范围称⾦属活化区。此区域内的ab 线段是⾦属的正常阳极溶解，以铁电极为例，此时铁以⼆价形式进⼊溶液，即Fe → Fe 2+ + 2e-。a 点即为⾦属的⾃然腐蚀电位。

2．从b 点到c 点称为钝化过渡区。bc 线是由活化态到钝化态的转变过程，b 点所对应的电位称为致钝电位，其对应的电流密度ib 称为致钝电流密度，此时Fe 2+离⼦与溶液中的-24

SO 离⼦形成4FeSO 沉淀层，

阻碍了阳极反应进⾏，导致电流密度开始下降。由于+H 不容易到达4FeSO 沉淀层的内部，因此铁表⾯的pH 逐步增⼤。

3．从c 点到d 点的电位范围称为钝化区。由于⾦属表⾯状态发⽣变化，阳极溶解过程的过

电位升⾼，⾦属的溶解速率急剧下降。在此区域内的电流密度很⼩，基本上不随电位的变化⽽改变。此时的电流密度称为维持钝化电流密度i m 。对铁电极⽽⾔，此时32O Fe 在铁表⾯⽣成，形成致密的氧化膜，极⼤地阻碍了铁的溶解，出现钝化现象。

极化曲线与材料的耐腐蚀性能的研究

一、实验目的

1、掌握用恒电位仪测定极化曲线的方法。

2、测定几种不同材料的阳极极化曲线，分析其耐腐蚀性能及原理。

二、实验原理

当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，与之相对应的电位称为平衡电位。电极上有电流通过以后平衡状态遭到破坏，电极电位偏离原来平衡电位值的现象称为极化。阳极极化时电位往正方向移动；阴极极化时电位往负方向移动，描述电流(或电流密度)与电位间变化关系的曲线称为极化曲线。广义的讲，控制研究电极电流为一定值测得的电位-时间曲线；或控制电位为一定值测得的电流-时间曲线都称为极化曲线。

电极极化既可以直接通过腐蚀电池电流也可以用外加的电流来进行。极化曲线的测定通常有恒电流和恒电位两种方法，前者是以电流为自变量，测定的电位为电流的函数关系，即E=f(i)；后者是以电位为自变量，测定的电流为电位的函数关系，即i=f(E)。恒电流法简单、易于掌握，但对电流、电位间呈多值函数的情况不适用，不能测出钝化区和从活化区向钝化区的转变过程。恒电位法在实际测定极化曲线时又可分为电位台阶法和电位扫描法两种。本实验用电位扫描法测定纯铁、及两种不同型号的不锈钢在1N H2S04溶液中的极化曲线，并通过比较它们的阳极极化曲线来分析其耐腐蚀性能。

三、实验方法

阅读恒电位仪使用说明，了解仪器使用方法，按图1.1接好线路。各种样品先用砂纸仔细打磨，去除表面的氧化皮，洗净，并用棉花沾酒精擦净，干燥，放人溶液中静置l0～l5分钟后测定稳定电位。然后把样品做阴极，在10mA/cm2电流密度下阴极极化处理10分钟。测定极化曲线时，电位从-600mV开始，从负电位区往正电位区进行测定，电位测至1600mV为止。记录相应的阳极极化曲线。

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 E

K 比 E

K,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E

A 比E

A, 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( E

K,e 或 E

A,e

),二者之差值叫过电位,以ΔE表示。ΔE= E –E

e

阴极极化时, E

K < E

K,e

,故ΔE < 0，

阳极极化时, E

A > E

A,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。

实验五阳极极化曲线的测定

一、实验目的

1．掌握用恒电位法测定碳钢在碳铵溶液中的阳极极化曲线。

2．了解阳极极化曲线的意义和应用。

二、实验原理

1.电极的极化

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。

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；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。

2．极化曲线

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。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5-1所示。

阳极极化曲线的测定实验报告实验目的：

1. 理解阳极极化曲线的概念和测定方法；

2. 掌握阳极极化的过程，以及控制因素。

实验原理：

阳极极化曲线是指阳极电流随阳极电位变化而变化的曲线。阳极极化是指在阳极表面形成的一种电化学现象。它与电极材料、电解质、溶液pH值、温度等因素有关。

阳极极化曲线一般呈S形，可分为三个部分：A、B、C。A区为初级平台区，B区为过渡区，C区为稳态极化区。初级平台区的电流基本稳定，过渡区的电流逐渐变大，稳态极化区的电流趋于稳定。

实验步骤：

1. 准备实验室所需试剂和仪器；

2. 将实验用的电极插入电极夹；

3. 将电极放置于试剂中，初始电势设置为负电平（如-30V）；

4. 保持电极稳定，记录其电势和电流数据；

5. 在读数器上重复几次实验，确保数据收集稳定和准确；

6. 处理和分析数据；

7. 根据数据结果得出结论。

实验注意事项：

1. 在实验过程中，应注意电极电势的精确度和测量精度；

2. 试剂要求纯度高，避免可能的干扰；

3. 电极插入溶液后，应尽量避免抖动电极；

4. 实验操作过程中，需注意个人安全措施。

实验数据处理：

首先，将收集的数据绘制成阳极极化曲线。然后，通过曲线的

三个部分（A、B、C）分析和学习阳极极化的过程和变化。最后，结合实验原理和结论，探究阳极极化的根本机理。

实验结果：

我们通过实验得出的阳极极化曲线如下图所示（图中蓝色曲线

即为实验曲线）：

通过上图可以看出，在图中曲线的A区，电流基本稳定，对于

阳极反应而言，主要是由于附加电压激发了阳极上化学反应的起

始，在这个区域内，阳极电位提高到一定程度会试图开始氧化反应，因此电流密度保持不变。

阳极极化曲线的测定实验

报告

极化阳极测定曲线实验阳极极化实验报告碳钢极化曲线实验报告

篇一：阴极极化曲线的测定

阴极极化曲线的测定

The measurement of cathode polarization curve

一、实验目的及要求

1．测定氢在光亮铂电极上的活化超电势，并求出塔菲尔公式中的两个常数a和b以及交换电流密度i；

2．了解超电势的种类和影响超电势的因素；

3．掌握采用三电极恒电流法测定阴极极化曲线的实验方法。

二、实验基本原理

本实验采用三电极恒电流法测定阴极极化曲线。在电解H2SO4溶液时，阴极上产生H2，电极反应成为成为单向不可逆过程，电极表面产生极化，其氢超电势为

η=Φ

不可逆电极电势为φc=φH+/H2－φ甘汞－c 对于阴极极化的电化学极化，在一定电流密度范围内塔菲尔公式为η=a ＋b log i式中，η为氢超电势，单位为V；a和b为常数，b 为该线性方程的斜率，b值随电极性质等的变化影响不大；a 为电流密度为1A?cm-1时的超电势值，a值的大小与电极材料、表面状态、电流密度、溶液组成和温度等有关，基本代表了电极反应的不可逆程度的大小。a值越大，在所给电流密度氢超电势也越大。铂电极材料属于低氢超电势金属，其a值在0.1-0.3V之间。

当电流密度极低时，氢超电势不服从上述塔菲尔公式，此时η与电流密度i成正比关系。

所以，氢超电势的测量就是如何测量在一定范围内一系列不同电流密度下的电极电势，以及在实验中如何采取措施消除电阻超电势和浓差超电势等问题。

实验选择甘汞电极作辅助电极与被测电极组成一个电解池使氢在电极上电解；同时选择一个掺比电极与被测电极组成一个原电池，测量电动势，获得被测电极的电极电势。对于电阻超电势可采用鲁金毛细管消除。

四、实验结果及数据分析

图1 2205双相不锈钢在0.4mol/L HCl溶液中极化曲线

图2 2205双相不锈钢在3.5%NaCl溶液中极化曲线

经过拟合可以得出2205双相不锈钢在3.5%NaCl中自腐蚀电位为-0.397V、自腐蚀电流为1.3517E-06A/cm2；在0.4mol/L盐酸中自腐蚀电位为-0.38836V

、自腐蚀电流为1.0524E-05A/cm2

《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。

表观阳极极化曲线

1. 概述

表观阳极极化曲线是描述金属表面在电化学条件下的氧化和还原反应过程的一种方法。通过测量电流和电势随时间变化的关系，可以获取金属材料的电化学特性。表观阳极极化曲线可用于评估金属的耐蚀性能、电解反应的动力学和催化活性等方面。

2. 原理

表观阳极极化曲线是在电化学条件下，通过在测试金属表面加上不同电流密度的外加电流，测量金属表面电势随时间变化的过程中得到的图形。该曲线通常是由阳极极化区、穷尽极化区和阳极溶解区构成。

在阳极极化区，当外加电流密度增大时，金属表面的电势呈线性下降趋势。这是因为增大的外加电流促使更多的阳极氧化物形成，进而降低了金属表面的电势。随着外加电流密度进一步增大，极化曲线将会进入穷尽极化区。

在穷尽极化区，尽管继续增加外加电流密度，金属表面的电势却几乎不再变化。这是因为金属表面出现了局部缺陷，无法形成足够的阳极氧化物。此时，金属表面的电势趋于稳定，不再随外界电流的变化而变化。

当外加电流密度进一步增加，电势将再次开始下降，进入阳极溶解区。在阳极溶解区，金属表面开始发生可见的溶解现象，电势的下降速率明显增大。

3. 实验方法

进行表观阳极极化曲线的实验需要以下步骤：

1.准备金属试样：选择合适的金属材料，制备样品，并确保其表面平整且干净，

避免表面积有氧化层或其他污染物。

2.搭建电化学测试系统：使用电化学工作站或相关设备，搭建稳定的电化学测

试系统。确保测试环境稳定且控制准确。

3.测试参数设置：根据需要确定外加电流密度的范围，并设置相应的测试参数。

通常，起始电流密度较小，然后逐渐增加，直至达到设定的最大电流密度。

图2.1金属极化曲线ab 活性溶解区b 临界钝化点bc 过渡钝化区cd 稳定钝化区de 过（超）钝化区实验一钝化金属阳极极化曲线的测定

一实验目的

1、掌握用恒电流和恒电位法测定金属极化曲线的原理和方法。

2、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。

3、掌握恒电位仪的使用方法。

二实验原理

阳极电位和电流的关系曲线叫做阳极极化曲线。为了判定金属在电解质溶液中采取阳极保护的可能性，选择阳极保护的三个主要技术参数——致钝电流密度、维钝电流密度和钝化区的电位范围，需要测定阳极极化曲线。

阳极极化曲线可以用恒电位法和恒电流发测

定。图2.1是一条典型的阳极极化曲线。曲线abcde

是恒电位法测得的阳极极化曲线。当电位从a 逐

渐向正向移动到b 点时，电流也随之增加到b 点，

当电位过b 点以后，电流反而急剧减小，这是因

为在金属表面上生成一层高电阻耐腐蚀的钝化

膜，钝化开始发生。人为控制电位的增高，电流

逐渐衰减到c 。在c 点之后，电位若继续增高，由

于金属完全进入了钝态，电流维持在一个基本不变得很小的值——维钝电流。当使电位增高到d 点以后，金属进入了过钝化状态，电流又重新增大。从a 点到b 点的范围叫活性溶解区，从b 点

到c 点叫钝化过渡区，从c 点到d 点叫钝化稳定区，

过d 点以后叫过钝化区。对应于b 点的电流密度叫致钝电流密度，对应于cd 段的电流密度叫维钝电流密度。

若把金属作为阳极，通以致钝电流使之钝化，再用维钝电流去保护其表面的钝化膜，可使金属的腐蚀速度大大降低，这就是阳极保护原理。