第三章电化学腐蚀速度
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《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1.何谓腐蚀?为何提出几种不同的腐蚀定义?2.表示均匀腐蚀速度的方法有哪些?它们之间有何联系?3.镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚?若铅以这个速度腐蚀,其ϖ深(mm/a)多大?4.已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2,求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀?第二章电化学腐蚀热力学1.如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向?如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向?2.何谓电势-pH图?举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3.何谓腐蚀电池?有哪些类型?举例说明可能引起的腐蚀种类。
4.金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么?5.a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势(相对于SHE)。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6.当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中,CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时,银是否会发生析氢腐蚀?7.Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应?当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止?第三章电化学腐蚀反应动力学1.从腐蚀电池出发,分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2.在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么?3.浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么?4.混合电位理论的基本假说是什么?它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论?5.何谓腐蚀极化图?举例说明其应用。
6.试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7.何谓腐蚀电势?试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8.铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V(相对1mol/L甘汞电极)时的氢过电势是多少?9.Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V(相对1mol/L甘汞电极),计算该电极的极化值。
第三章电化学腐蚀动力学§3-1 电化学腐蚀过程——电极过程动力学基础一. 电极过程的特征[1]电化学腐蚀本质上是一种电极过程。
电化学反应是在两类导体界面上发生的有电子参加的氧化反应或还原反应。
电极本身既是传递电子的介质,又是电化学反应的反应点。
为了使这个反应在一定电位下得以在电极与溶液界面间顺利进行,不可避免地会涉及到某些与之有联系的物理和化学变化。
通常将电流通过电极与溶液界面时所发生的一连串变化的总和,称为电极过程。
在两类导体界面上发生的电极过程是一种有电子参加的异相氧化还原反应。
电极相当于异相反应的催化剂。
因此,电极过程应当服从异相催化反应的一般规律。
首先,反应是在两相界面上发生的,反应速度与界面面积的大小和界面的特性有关。
其次,反应速度在很大程度上受电极表面附近微薄液层中反应物和产物的传质过程(溶液中朝着一定方向输送某种物质的过程)的影响。
如果没有传质过程,则反应物来源断绝或产物疏散不出去,反应自然不能持续地进行。
此外,这类反应还与新相(气体、晶体等)生成过程密切相关。
但是,电极过程除了具有一般异相催化反应的共性外,还有它自己的特殊性。
界面电场对电极过程速度具有重大作用。
界面间电位差只要改变0.1V左右,就足以使反应速度成十倍地增加。
根据对电极反应历程的分析研究得知,它是由一系列性质不同的单元步骤组成的。
除了接续进行的步骤之外,还可能由平行的步骤存在。
其中包括三个必不可少的接续进行的单元步骤。
1. 反应物粒子自溶液内部或自液态电极内部向电极表面附近输送的单元步骤,称为液相传质步骤;2. 反应物粒子在电极与溶液界面间得电子或失电子的单元步骤,称为电子转移步骤;3. 产物粒子自电极表面向溶液内部或向液态电极内部疏散的单元步骤,这也是个液相传质步骤;或者是电极反应生成气态或晶态(例如形成金属晶体)的产物,这个步骤称为新相生成步骤。
有时在步骤1与步骤2之间,还可能存在着反应物粒子得失电子之前,于界面附近液层中或电极上进行的某些变化,称为前置的表面转化步骤。
电化学腐蚀机理与反应速率研究电化学腐蚀是指由于金属与电解质中的活性物质之间的电化学反应而引起的金属的化学破坏过程。
电化学腐蚀的机理涉及到金属表面的电解质吸附、活性物质氧化还原反应以及金属表面的离子迁移等过程。
对于电化学腐蚀的研究,主要关注的是腐蚀物质的种类、浓度和温度,以及金属表面的形貌和电化学性质等因素对腐蚀速率的影响。
电化学腐蚀的机理可以分为两个方面进行研究,即阳极反应和阴极反应。
阳极反应是指金属中的活性物质氧化并释放出电子,成为正离子并溶解到电解质中。
阴极反应是指电化学腐蚀反应中的还原反应,即电解质中的离子接受来自阳极的电子,从而被还原为原子或者分子。
在电化学腐蚀过程中,活性物质和金属表面之间的氧化还原反应是腐蚀反应的关键步骤。
例如,在酸性环境中,金属表面上的氧化反应通常是金属原子脱去电子形成正离子,其离子溶解到溶液中;而在碱性环境中,金属表面上的还原反应是正离子接受电子还原成金属原子沉积在金属表面。
另一个重要的因素是金属表面的形貌和电化学性质。
金属表面的形貌可以影响电化学腐蚀的速率和腐蚀产物的形成。
例如,金属表面上的缺陷和微观结构可以提供更多的活性位点,从而加速腐蚀过程。
此外,金属表面的电化学性质,如电子亲和力和电子迁移率,也会影响电化学腐蚀的速率。
电子亲和力越高,金属越容易腐蚀;电子迁移率越高,电子转移越快,腐蚀速率也越快。
除了金属和电解质中的活性物质以外,温度也是影响电化学腐蚀速率的重要因素。
一般来说,温度越高,反应速率越快。
这是因为高温可以提高离子的运动速率和反应速率,并加速金属表面的电荷传递和电化学反应过程。
为了研究电化学腐蚀的反应速率,科学家们通常使用电化学测量技术,如极化曲线、阻抗谱和计时电流法等。
这些技术可以用来确定电化学腐蚀的速率和机制,并研究影响腐蚀速率的各种因素。
总之,电化学腐蚀是由金属与电解质中的活性物质之间的电化学反应引起的金属化学破坏过程。
电化学腐蚀的机理涉及到金属表面的电解质吸附、活性物质的氧化还原反应以及离子迁移等过程。
第三章电化学腐蚀基础金属材料与电解质溶液接触时,会发生电化学腐蚀或称湿腐蚀,它是以金属为阳极的腐蚀原电池过程。
工业用金属一般都是还有杂质的,当其浸在电解质溶液中时,发生电化学腐蚀的实质就是在金属表面上形成了许多以金属为阳极,以杂质为阴极的腐蚀电池。
它的工作特点是只能导致金属材料的破坏而不能对外做有用电功的短路原电池。
§3-1 腐蚀原电池一、原电池P33图1是一个最常见的原电池。
中心碳棒是电池的正极,外围的锌皮是负极。
电解质是NH4Cl溶液。
当外电路接通时,灯泡亮。
电极反应为:阳极锌皮上发生氧化反应(使锌原子离子化):Zn→Zn2++2e阴极碳棒是发生还原反应:2H++2e→H2电池总反应为:Zn+2H+→Zn2++H2在反应过程中,电池的锌皮不断被离子化,并放出电子,在外电路中形成电流。
金属锌的离子化结果就是腐蚀破坏。
一个腐蚀电池必须包括阳极、阴极、电解质溶液和外电路四个部分,缺一不可。
这四个组成部分构成腐蚀电池工作的三个必需的环节。
1 阳极过程金属进行阳极溶解,以金属离子或水化离子形式转入溶液,同时将等量电子留在金属上。
2 阴极过程从阳极通过外电路流过来的电子被来自电解质溶液且吸附于阴极表面能够接受电子的物质,即氧化性物质所吸收,在金属腐蚀中将溶液中的电子接受体称为阴极去极化剂。
3 电流的流动电流的流动在金属中依靠电子从阳极经导线流向阴极,在电解质溶液中则是依靠离子的迁移。
腐蚀电池的三个环节既相互独立又彼此紧密联系和相互依存。
只要其中一个环节受阻或停止工作,则整个腐蚀过程也就停止。
电池中离子的迁移和电子流动的驱动力是电极电位差——电池电动势。
在电化学作用下,单位时间,单位面积上发生变化的物质量称腐蚀速度。
可以证明,腐蚀速度V与腐蚀电流密度i呈正比。
因此可用腐蚀电流密度i来表示腐蚀速度大小。
二、腐蚀原电池腐蚀原电池实质上是一个短路的原电池。
如P33图2,将锌与铜接触并置于盐酸水溶液中,就构成了以锌为阳极,铜为阴极的原电池。
《材料腐蚀与防护》习题与思考题第一章绪论1.何谓腐蚀?为何提出几种不同的腐蚀定义?2.表示均匀腐蚀速度的方法有哪些?它们之间有何联系?3.镁在海水中的腐蚀速度为 1.45g/m2.d, 问每年腐蚀多厚?若铅以这个速度腐蚀,其ϖ深(mm/a)多大?4.已知铁在介质中的腐蚀电流密度为0.1mA/cm2,求其腐蚀速度ϖ失和ϖ深。
问铁在此介质中是否耐蚀?第二章电化学腐蚀热力学1.如何根据热力学数据判断金属腐蚀的倾向?如何使用电极电势判断金属腐蚀的倾向?2.何谓电势-pH图?举例说明它在腐蚀研究中的用途及其局限性。
3.何谓腐蚀电池?有哪些类型?举例说明可能引起的腐蚀种类。
4.金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么?5.a)计算Zn在0.3mol/LZnSO4溶液中的电解电势(相对于SHE)。
b) 将你的答案换成相对于SCE的电势值。
6.当银浸在pH=9的充空气的KCN溶液中,CN-的活度为1.0和Ag(CN)2-的活度为0.001时,银是否会发生析氢腐蚀?7.Zn浸在CuCl2溶液中将发生什么反应?当Zn2+/Cu2+的活度比是多少时此反应将停止?第三章电化学腐蚀反应动力学1.从腐蚀电池出发,分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。
2.在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么?3.浓差极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么?4.混合电位理论的基本假说是什么?它在哪方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论?5.何谓腐蚀极化图?举例说明其应用。
6.试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。
7.何谓腐蚀电势?试用混合电位理论说明氧化剂对腐蚀电位和腐蚀速度的影响。
8.铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极化到电势-0.916V(相对1mol/L甘汞电极)时的氢过电势是多少?9.Cu2+离子从0.2mol/LCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电势为-0.180V(相对1mol/L甘汞电极),计算该电极的极化值。