Zn电极阳极极化曲线实验报告

⾦属腐蚀与防护的实验报告-中南⼤学粉冶院实验⼀恒电位法测定阳极极化曲线⼀、⽬的1．了解⾦属活化、钝化转变过程及⾦属钝化在研究腐蚀与防护中的作⽤。

2．熟悉恒电位测定极化曲线的⽅法。

3．通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数。

⼆、实验基本原理测量腐蚀体系的极化曲线，实际就是测量在外加电流作⽤下，⾦属在腐蚀介质中的电极电位与外加电流密度（以下简称电密）之间的关系。

测量极化曲线的⽅法可以采⽤恒电位和恒电流两种不同⽅法。

以电密为⾃变量测量极化曲线的⽅法叫恒电流法，以电位为⾃变量的测量⽅法叫恒电位法。

⼀般情况下，若电极电位是电密的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是⼀致的。

但是如果某种⾦属在阳极极化过程中，电极表⾯壮态发⽣变化，具有活化/钝化变化，那么该⾦属的阳极过程只能⽤恒电位法才能将其历程全部揭⽰出来，这时若采⽤恒电流法，则阳极过程某些部分将被掩盖，⽽得不到完整的阳极极化曲线。

在许多情况下，⼀条完整的极化曲线中与⼀个电密相对应可以有⼏个电极电位。

例如，对于具有活化/钝化⾏为的⾦属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的。

由阳极极化曲线可知，在⼀定的电位范围内，⾦属存在活化区、钝化过渡区、钝化区和过钝化区，还可知⾦属的⾃腐蚀电位（稳定电位）、致钝电密、维钝电密和维钝电位范围。

⽤恒电流法测量时，由⾃腐蚀电位点开始逐渐增加电密，当达到致钝电密点时⾦属开始钝化，由于⼈为控制电密恒定，故电极电位突然增加到很正的数值（到达过钝化区），跳过钝化区，当再增加电密时，所测得的曲线在过钝化区。

因此，⽤恒电流法测不出⾦属进⼊钝化区的真实情况，⽽是从活化区跃⼊过钝化区。

图1 恒电位极化曲线测量装置三、实验仪器及药品电化学⼯作站CHI660D、铂电极、饱和⽢汞电极、碳钢、天平、量筒、烧杯、电炉、⽔砂纸、U型管蒸馏⽔、碳酸氢铵、浓氨⽔、浓硫酸、琼脂、氯化钠、氯化钾、⽆⽔⼄醇、棉花四、实验步骤1.琼脂-饱和氯化钾盐桥的制备烧杯中加⼊3g琼脂和97ml蒸馏⽔，使⽤⽔浴加热法将琼脂加热⾄完全溶解。

实验一恒电位法测定阳极极化曲线一、目的1．了解金属活化、钝化转变过程及金属钝化在研究腐蚀与防护中的作用。

2．熟悉恒电位测定极化曲线的方法。

3．通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数。

二、实验基本原理测量腐蚀体系的极化曲线，实际就是测量在外加电流作用下，金属在腐蚀介质中的电极电位与外加电流密度（以下简称电密）之间的关系。

测量极化曲线的方法可以采用恒电位和恒电流两种不同方法。

以电密为自变量测量极化曲线的方法叫恒电流法，以电位为自变量的测量方法叫恒电位法。

一般情况下，若电极电位是电密的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是一致的。

但是如果某种金属在阳极极化过程中，电极表面壮态发生变化，具有活化/钝化变化，那么该金属的阳极过程只能用恒电位法才能将其历程全部揭示出来，这时若采用恒电流法，则阳极过程某些部分将被掩盖，而得不到完整的阳极极化曲线。

在许多情况下，一条完整的极化曲线中与一个电密相对应可以有几个电极电位。

例如，对于具有活化/钝化行为的金属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的。

由阳极极化曲线可知，在一定的电位范围内，金属存在活化区、钝化过渡区、钝化区和过钝化区，还可知金属的自腐蚀电位（稳定电位）、致钝电密、维钝电密和维钝电位范围。

用恒电流法测量时，由自腐蚀电位点开始逐渐增加电密，当达到致钝电密点时金属开始钝化，由于人为控制电密恒定，故电极电位突然增加到很正的数值（到达过钝化区），跳过钝化区，当再增加电密时，所测得的曲线在过钝化区。

因此，用恒电流法测不出金属进入钝化区的真实情况，而是从活化区跃入过钝化区。

图1 恒电位极化曲线测量装置三、实验仪器及药品电化学工作站CHI660D、铂电极、饱和甘汞电极、碳钢、天平、量筒、烧杯、电炉、水砂纸、U型管蒸馏水、碳酸氢铵、浓氨水、浓硫酸、琼脂、氯化钠、氯化钾、无水乙醇、棉花四、实验步骤1.琼脂-饱和氯化钾盐桥的制备烧杯中加入3g琼脂和97ml蒸馏水，使用水浴加热法将琼脂加热至完全溶解。

碳钢电极（阳极）极化曲线的测定一、实验目的1、掌握恒电位法测量阳极极化曲线的方法。

2、测量碳钢在碳铵溶液中的钝化曲线。

二、原理动态法，控制电极电位以较慢速度连续改变（扫描），测量对应电势下的瞬时电流。

三、仪器与药品JS-292型恒电位仪； 2mol/L碳酸铵；饱和氯化钾；0.5mol/L硫酸；及硝酸钾盐桥等四、操作：1.按图接好线路。

用三电极。

a．向两小烧杯中分别倒饱和KCl和(NH4)2CO3溶液，放置盐桥；b．分别在溶液中放入碳钢、辅助和参比电极；c．将仪器插孔分别与各电极连接。

2．JS－292型恒电位仪实验操作：a．实验前的准备：正确联接电化学实验装置。

检查220V交流电源是否正常，将K6:; K10:，打开电源开关，将仪器预热30分钟。

b．参比电位的测将K5K60.860左, 即参比电极相对于研究电报的开路电位（平衡电位）。

由于研究电极处于“虚地”点，研究电极相对于参比电极的开路电位即与此数值相同，符号相反。

电极处理方法：把K1。

将K5K4，让K61.0—1.2V，观察到辅助电极上有连续气泡产生，3-－5分钟后，将K50.86V左右即好。

C．平衡电位的设置:将K5K4，让K6电位显示为零，该给定电位即是所要设置的平衡电位。

3．极化测量。

将K5K4，让K6a．K1。

K80.02 V，（即过电位数值）。

把K8，读出电流，即为极化电流数值。

b．重复操作a。

c. 当电位降低0.0V后，把K1，使电位增加0.02 V，把K8显示选择开关置于“电流”，读出电流，即为极化电流数值。

d. 量到电位增加到－1.20V，电流大于100mA，可以结束实验。

五、数据处理1.计算恒定（给定）的碳钢电极电位；2.计算对应的电流密度；3.作电流密度对电极电位图；4.讨论各段的意义。

六、思考问题1．参比电位的意义是什么？2．参比电位与给定电位的差的意义是什么？3．研究电极与辅助电极之间有无电流？研究电极与参比电极之间有无电流？4．阳极保护法，碳钢电位应控制在什么范围内？5．是否任何金属都可用阳极保护法防腐？6．甘汞电极构造如何，实验结束为什么要将上面小孔封闭？7．盐桥是如何制备的？。

实验2：金属Zn阳极极化曲线的测量一、实验目的1.掌握阳极极化曲线测试的基本原理和方法；2.测定Zn电极在1M KOH溶液和1M ZnCl2溶液中的阳极极化曲线；3.通过实验理解金属电极钝化与活化过程。

二、实验原理线性电位扫描法是指控制电极电位在一定的电位范围内,以一定的速度均匀连续的变化,同时记录下各电位下反应的电流密度,从而得到电位-电流密度曲线,即稳态电流密度与电位之间的函数关系:i= f(ψ)。

特别适用于测量电极表面状态有特殊变化的极化曲线。

如下:如阳极钝化行为的阳极极化曲线。

阳极极化:金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程叫做阳极极化,金属的钝化现象: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,反而大幅度的降低,这种现象称为金属的钝化现象。

线性电位扫描法不但可以测定阴极极化曲线,也可以测定阳极极化曲线,特别适用于测定电极表面状态有特殊变化的极化曲线,如测定具有阳极钝化行为的阳极极化曲线,用线性电位扫描法测得的阳极极化曲线,如下图所示•AB段-----称为活性溶解区;此时金属进行正常的阳极溶解,阳极电流随电位改变服Tafel 公式的半对数关系。

•BC段-----称为钝化过渡区;此时是由于金属开始发生钝化,随着电极电位的正移,金属的溶解速度反而减小了。

•CD段-----称为钝化稳定区;在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位二改变;•DE段-----称为过度钝化区;此时金属溶解速度重新随电位的正移而增大,为氧的析出或者高价金属离子的生成。

从阳极极化曲线上可以得到下列参数:c点对应的电位---临界钝化电位;c点对应的电流—临界钝化电流密度;而这些参数恒电流法是测不出来的。

影响金属钝化的因素很多,包括溶液的组成、金属的组成和结构以及外界条件。

三、仪器与试剂CHI电化学工作站、锌电极、Hg/HgO电极、甘汞电极、铂电极、三口电解槽、1M KOH溶液250ml、1M ZnCl2溶液250ml金属Zn是中性锌锰电池、碱性锌锰电池和锌-空气电池等的负极材料，其电化学行为受到广泛的研究。

实验一极化曲线的测定一、实验目的1.掌握用“三电极”法测定不同金属的极化曲线。

2.了解极化曲线的意义和应用。

3.讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。

二、实验概述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，而在该研究过程中极化曲线的测定乂是重要的方法之一。

在研究可逆电池的电动势和电池反应时电极上儿乎没有电流通过，每个电极或电池反应都是在无限接近平衡下进行的，因此每个电极反应是可逆的。

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，III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，如图1所示。

A E F图一金属的极化曲线金属的阳极过程是指金属作为阳极，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此过程只有电极电位大于其热力学电位时才能发生。

阳极的溶解速度随着电极电位变正而逐渐增大。

这是正常的阳极溶解，但当阳极电位正到某一数值时，其溶解速度达到最大值。

此后阳极溶解速度随着电位变正，反而大幅度的降低，这种现象称为金属的钝化现象。

从A点到B点的电位范围称为金属活性溶解区。

此区域内的AB线段是金属的正常溶解。

A点称为金属的自然腐蚀电位。

从B点到E点称为钝化过渡区。

BE线是山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I称为致钝电流密度。

从E点到F点的电位范围称为钝化区。

在此区域内由于金属表面状态发生了变化，使金属的溶解速度降低到最小值，与之对应的电流密度很小，基本上不随电位的变化而变化。

此时的电流密度称为维持钝化的电流密度，其数值儿乎与电位变化无关。

FC段的电位范围称为过钝化区，在此区域，阳极电流密度乂重新随电位增大而增大，金属的溶解速度乂开始增大。

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。

金属电极的极化曲线是描述金属电极在电化学反应过程中电势与电流之间关系的曲线。

它通常是通过进行极化实验来获取的，其中对电极施加一定的电位或电流，并测量相应的电流或电势响应。

极化曲线通常具有三个主要区域：
1. 阳极极化区：在该区域内，电极表面发生氧化反应，即金属电极溶解或氧化。

在该区域，电流随电位的增加而增加，形成一个斜上升的曲线。

2. 反极化区：在该区域内，电极表面的氧化反应逐渐减弱或停止，电流开始饱和。

在该区域，电流变化缓慢，形成一个相对平缓的曲线。

3. 阴极极化区：在该区域内，电极表面发生还原反应，即金属电极得到电子或还原。

在该区域，电流随电位的增加而减小，形成一个斜下降的曲线。

极化曲线的形状和特征取决于金属电极的特性、电解质溶液的成分和浓度，以及外部施加的电位或电流。

通过分析极化曲线，可以获得有关电极的电化学反应、电化学反应动力学以及电极的电化学性能的信息。

这对于研究腐蚀、电镀、电池等电化学过程具有重要意义。

实验二恒电位法测阳极极化曲线一、实验目的1、掌握用恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方法。

2、通过阳极极化曲线的测定，判断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、基本原理恒电位法也叫控制电位法，就是控制电位使其依次恒定在不同的电位下，同时测量相应的稳态电流密度，在得到足够的数据以后，就可以画出电流密度(或电流密度的对数)和电位之间的关系曲线，就是恒电位稳态极化曲线。

维持电位恒定的方法有两种，一是用经典恒电位法，一是用恒电位仪。

用恒电位仪控制电位，不但精度高，频响快，输入阻抗高，输出电流大，而且可实现自动测试，因此得到了广泛应用。

恒电位法既可测定阴极极化曲线，也可测定阳极极化曲线，特别是用于测定电极表面状态有特殊变化的极化曲线，如测定具有阳极钝化行为的阳极极化曲线。

图1中曲线ABCDE为恒电位法测得的阳极极化曲线。

整个曲线可以分为四个区域：AB段为活性溶解区，此时金属进行正常的阳极溶解，阳极电流随电位改变服从Tafel公式的半对数关系；BC段为过渡钝化区，此时由于金属开始发生钝化，随电位的正移，金属的溶解速度反而减少；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；DE为过钝化区，此时金属的溶解速度又重新随电位的正移而增大，为氧的析出或更高价金属离子的产生。

E(图1)从这种阳极极化曲线可以得到下列一些参数，临界钝化电位(Ψc)、临界钝化电流(i c)；稳定钝化的电位区间(Ψp~Ψp1)，稳定钝态下金属的溶解电流(i p)。

本实验测量的是碳钢在饱和碳酸氢铵溶液中的阳极极化曲线。

三、实验用品和线路1、实验用品：恒电位仪(1台)饱和甘汞电极(1支)铂电极(1支)毫安表(1个)烧杯(500ml，1只)鲁金毛细管(1只)铁架(2个)自由夹与十字夹(各3个)洗耳球(1个)滴管(1支)导线(若干)碳钢试样、饱和碳酸氢氨溶液、无水乙醇、脱脂棉、滤纸、饱和氯化钾溶液、金刚砂布。