鎳在不同電解質(zhì)中陽極極化曲線的測定.doc

鎳在不同電解質(zhì)中陽極極化曲線的測定(微型綠色實驗)實驗背景 鋼鐵，尤其是特種鋼及有色金屬的年產(chǎn)量是衡量一個國家工業(yè)和國防發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。故世界各國都對本國的鋼鐵生產(chǎn)給予極大的重視并盡可能擴大鋼鐵的產(chǎn)量。然而，由于各種原因，鋼鐵因腐蝕造成的損失也是驚人的。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界各國每年僅因腐蝕而損耗的鋼鐵可達(dá)到當(dāng)年鋼鐵生產(chǎn)總量的十分之一以上。與此同時，有色金屬的腐蝕和防護也是腐蝕研究的重要內(nèi)容。因此，金屬腐蝕與防護理論及相關(guān)防腐技術(shù)的研究是與材料、環(huán)保、能源乃至其他部門密切相關(guān)的，它既有理論意義又有應(yīng)用價值，既有經(jīng)濟效益又有社會效益。研究金屬腐蝕的方法因腐蝕機理的不同而不同。在電化學(xué)領(lǐng)域，陽極極化曲線是研究金屬電化學(xué)腐蝕及電化學(xué)防腐的基本工具之一，通過對陽極極化曲線的測量和分析，可以獲得金屬在所給介質(zhì)中溶解腐蝕和鈍化情況的資料，從而為金屬的防護提供理論依據(jù)。本實驗將利用CHI電化學(xué)分析儀，通過對鎳的陽極極化曲線的測定，研究鎳在不同電解質(zhì)中的腐蝕及鈍化行為，考察不同添加劑對鎳腐蝕行為的影響，最后要求按照規(guī)范化的科研論文的格式將研究內(nèi)容寫成論文。實驗提示1、關(guān)鍵詞（key worlds）查閱中國化學(xué)化工文摘和中國學(xué)術(shù)期刊文摘，可用的關(guān)鍵詞為：電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)，電極，電化學(xué)測量，鎳如果你想查閱美國化學(xué)文摘（C.A），可以使用的主題詞有：Corrosion，Electrode，Nickel 2、主要參考文獻(xiàn)（1）腐蝕與防護手冊，化工部化工機械研究所編，化學(xué)工業(yè)出版社出版，575582頁，1990年8月，北京（2）腐蝕數(shù)據(jù)與選材手冊，左景伊，左禹編著，化學(xué)工業(yè)出版社出版，638661頁，1995年10月，北京（3）中國化學(xué)化工文摘、中國學(xué)術(shù)期刊文摘、美國化學(xué)文摘（C.A）（4）（英）U.R.艾萬思著，華保定譯，金屬的腐蝕與氧化，機械工業(yè)出版社出版，P179205，1976年6月，北京。3、相關(guān)原理 典型的金屬陽極極化曲線如圖5-75-1。圖中，A點電勢為初始掃描電勢，它可以是電極的開路電勢，也可以由實驗者自己設(shè)定。圖中的陽極極化曲線可分為四個部分：（1）AB段為陽極的活性溶解區(qū)：隨著電極電勢的升高，陽極電流逐漸增大，表示金屬的活性腐蝕增強，此時金屬晶格上的金屬原子溶解進(jìn)入溶液中形成水合離子（或絡(luò)離子） B點對應(yīng)的電流jB稱為最大腐蝕電流。（5）魏寶明主編，金屬腐蝕理論及應(yīng)用，（高等學(xué)校試用教材），化學(xué)工業(yè)出版社出版，P114137，北京。（2）BC段為過渡鈍化區(qū)：隨著電極電勢的逐漸升高，電流逐漸減小。這是因為此時電極表面逐漸形成某種吸附膜或氧化膜，致使電阻增大，電極過程受阻所致。 （3）CD段為穩(wěn)定鈍化區(qū)：電極電勢急劇升高，而電流基本保持不變。這是因為電極表面已經(jīng)形成一層致密的電阻膜。該電阻膜極大地阻止了電極過程的進(jìn)一步進(jìn)行，因而電流基本保持不變。C點對應(yīng)的電流jC稱為穩(wěn)定鈍化電流或維鈍電流，亦即最小腐蝕電流。如果要對金屬進(jìn)行陽極保護，則必須把金屬構(gòu)件的電勢控制在CD段。 （4）DE段為過鈍化區(qū)：隨著電極電勢的進(jìn)一步升高，電流復(fù)又增加。這是由于電極表面發(fā)生了其他陽極過程，例如氧氣的析出和/或由于電阻膜破裂而造成金屬的二次腐蝕。 陽極極化曲線的測量是采用恒電勢儀控制電勢法完成的?？刂齐妱莘ㄓ挚梢苑譃殪o態(tài)法和動態(tài)法兩種。靜態(tài)法是由低 到高每隔一定值施加一個電勢使陽極發(fā)生極化，然后測量電極在該電勢下的穩(wěn)定電流值。該方法比較費時。但所需儀器設(shè)備較簡單，比較容易實現(xiàn)。動態(tài)法是利用自動掃描儀以適當(dāng)?shù)脑O(shè)定速度連續(xù)改變陽極的電極電勢，并同步測量各相應(yīng)電勢下的瞬態(tài)電流，再由XY記錄儀或計算機自動記錄并繪制Ej曲線，即陽極極化曲線。自動掃描儀的掃描速率取決于所研究的電極系統(tǒng)。一般而言，電極表面建立穩(wěn)態(tài)的速率愈慢，相應(yīng)的掃描速率也應(yīng)較慢。動態(tài)法所需儀器設(shè)備較復(fù)雜，但較省時間而且可以將測量資料存儲并隨時按需要進(jìn)行加工處理，故在條件允許時大多采用動態(tài)法尤其是采用計算機自動控制線行掃描伏安法實驗條件實驗室可以提供的儀器：CHI電化學(xué)分析儀（微型研究用）；計算機；打印機（8組共用）；微型鉑電極；飽和甘汞電極；微型研究電極（如微型鎳電極）；實驗室可以提供的藥品：電解質(zhì)溶液（如硫酸水溶液）；添加劑（如氯化鈉、亞硝酸鈉、碳酸鈉、鉬酸鈉和三乙醇胺等）。實驗者如若需要特殊藥品，應(yīng)該提前向有關(guān)實驗室的指導(dǎo)老師提出計劃。實驗要求1、可以利用手工檢索，也可以利用微機聯(lián)網(wǎng)自動檢索，查閱本實驗提供的或自選的文獻(xiàn)，作出較為詳細(xì)的摘錄。2、參考查到的文獻(xiàn)資料，通過自己的綜合思考，制定詳細(xì)的研究方案，并實施你的實驗方案，詳細(xì)記錄實驗結(jié)果及實驗中觀察到的現(xiàn)象，主要考查酸堿介質(zhì)、添加劑和溫度等條件對金屬腐蝕的影響。3、對實驗結(jié)果的歸納總結(jié)和討論，包括對研究數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律性的總結(jié)（可以用表格，也可以用圖形、曲線等），對實驗結(jié)果及研究規(guī)律進(jìn)行認(rèn)真的實事求是的討論。在討論時請參考以下提示：（1）鎳在稀硫酸中活化溶解和鈍化反應(yīng)的方程式及腐蝕產(chǎn)物的形態(tài)。（2）何類物質(zhì)能夠加速鎳在稀硫酸中的腐蝕，何類物質(zhì)可以減緩鎳在稀硫酸中的腐蝕？為什么？除本實驗所用的物質(zhì)之外你認(rèn)為還有那些物質(zhì)可以更有效地減緩鎳的腐蝕？（3）根據(jù)你的研究指出鎳在所研究的介質(zhì)中的安全工作條件，此條件下的腐蝕速率為多少？以毫米/年或毫克/米2.小時表示。（4）基于本研究事實可以給出那些有意義的結(jié)論。 4、在前三項基礎(chǔ)上獨立寫出實驗研究論文。附：CHI電化學(xué)分析儀的使用1、閱讀CHI電化學(xué)分析儀使用說明。2、將工作電極、參比電極（飽和甘汞電極，簡略為S.C.E，下同）和輔助電極分別接到CHI電化學(xué)分析儀的相應(yīng)接線上，并固定在電極架上。3、分別將CHI電化學(xué)分析儀和計算機的電源插頭插到位于實驗桌側(cè)面的電源插座上，打開CHI電化學(xué)分析儀的電源開關(guān)并啟動計算機。4、用鼠標(biāo)雙擊計算機桌面上CHI電化學(xué)分析儀軟件的快捷鍵，可以打開CHI電化學(xué)分析儀軟件的界面，如圖5-75-2 圖5-75-2 CHI電化學(xué)分析儀微機操作界面5、用鼠標(biāo)點擊T 鍵,立即出現(xiàn)如圖5-75-3的技術(shù)選擇對話框。選擇inear Sweep Voltammetry，然后點擊OK鍵。圖5-75-3 CHI技術(shù)選擇對話框圖5-75-4 CHI系統(tǒng)選擇對話框6、用鼠標(biāo)點擊Setup，出現(xiàn)如圖5-75-4的文字對話框，選擇System，則立即出現(xiàn)如圖5-75-5所示的對話框。選擇Com 1、50Hz、Positive Rit、Positive Up、Anodic Positive 和English。然后點擊OK。7、用鼠標(biāo)點擊圖5-75-2中的Control鍵，出現(xiàn)一個長條形對話框，選擇Open Circuit Potential，則界面上立即顯示出所測電極的開路電勢量值。如果界面上出現(xiàn)Link failed字樣，則說明電極系統(tǒng)尚未連接好。此時，需仔細(xì)檢查電極系統(tǒng)，將錯誤改正后重試。圖5-75-6 CHI系統(tǒng)工作界面線性掃描技術(shù)參數(shù)設(shè)置對話框圖5-75-5 CHI系統(tǒng)工作界面極性選擇對話框8、重新打開系統(tǒng)選擇對話框（如圖5-75-4），選擇Parameters，立即出現(xiàn)如圖5-75-6的對話框。按照被掃描系統(tǒng)的電化學(xué)特性設(shè)置各掃描參數(shù)。如對于金屬鎳-硫酸水溶液系統(tǒng)，參數(shù)可以設(shè)置如下（注意：本實驗所記錄的電勢均相對于飽和甘汞電極，即vs.S.C.E）：初始掃描電勢 init.,E（V）：-0.6； 終止掃描電勢 Final,E（V）： 1.5；掃描速率 Scan Rate：r（V/s）：0.1；取樣間隔：（1/V）：0.001；預(yù)處理時間 Quiet Time（s）：60； 靈敏度 Sensitivety（A/V）：1 e 003掃描參數(shù)設(shè)置完成后點擊OK，回到圖5-75-2的界面。用鼠標(biāo)點擊運轉(zhuǎn)鍵（Run），立即出現(xiàn)圖5-75-7所示的對話框。 待預(yù)處理時間結(jié)束后，儀器會自動掃描并畫出極化曲線，如圖5-75-8所示。給圖5-75-8命名并儲存。圖5-75-8可以給出的信息如下：測量條件；活化腐蝕電勢范圍，即AB之間的電勢；峰值電勢Ep，峰值電流Ip，即致鈍電勢和致鈍電流，亦即B點的電勢及電流；維鈍電勢和維鈍電流，即C點對應(yīng)的電勢和電流；維鈍電勢范圍，即CD之間的電勢。圖5-75-7 線性掃描極化曲線直角坐標(biāo)圖圖5-75-8 鎳在硫酸中的陽極極