金属腐蚀学习题

腐蚀学第一章习题

1、 导出腐蚀速度mm/a与mg/dm2·d间的一般关系式。

思考题

2、 什么是腐蚀?为何提出几种不同的腐蚀定义? 3、 举例说明研究腐蚀的意义.

4、 化学腐蚀和电化学腐蚀的区别是什么？ 5、金属的主要腐蚀形态有哪些？

10、表示均匀腐蚀速度的方法有哪些？它们之间有什么联系？这些腐蚀速度表达式中，哪些是量方程式？哪些是数值方程式？它们之间的主要区别是什么？

腐蚀学第二章习题

1、计算在25℃和50℃下的2.3RT/F值。

2、计算Zn在0.3mol/L ZnSO4溶液中的电极电位（相对于SHE），换算成SCE电位值是多少？ 3、计算离子活度为10-6mol/L时，Ag/Ag+、Cu/Cu2+和Fe/Fe2O3/H+的平衡电极电位以及第三个电极的pH值。(已知：uoAg=0 , uoCu=0 , uoFe=0, uoFe2O3=-742.200KJ/mol , uoAg+= 77.12KJ/mol , uoCu2+=65.52 KJ/mol, uoH+=0)

4、计算25℃时，下列电极的标准电极电位

a)、Cu在氰化物溶液中（注意铜为1价） b)、Ni在氨溶液中 c)、Zn在碱溶液中

5、计算Ag/AgCl电极在1mol/L NaCl溶液中的电位。

6、计算40℃氢分压PH2=0.5atm时氢电极在PH=7的溶液中电极电位。 7、计算25℃时，铁在pH=9.2的0.5mol/L NaCl溶液中的电极电位。

10、Zn(阳极)与氢电极(阴极)在0.5mol/L ZnCl2溶液中组成电池的电动势为+0.590V，求溶液的pH值。 11、把Zn浸入pH=2的0.001 mol/LZnCl2溶液中，计算该金属发生析氢腐蚀的理论倾向。(以电位表示) 12、计算镍在pH =7的充空气的水中的理论腐蚀倾向。假定腐蚀产物为H2和Ni(OH)2, Ni(OH)2的溶度积为1.6×10-16。

13、铜电极和氢电极(PH2=0.2MPa)浸在Cu2+活度为１且pＨ＝１的硫酸铜溶液中组成电池，求该电池的电动势，并判断电池的极性。

14、计算在pH=0的充空气的CuSO4溶液中铜是否因腐蚀而生成Cu2+（活度为１）和H2（0.1MPa），并以电位差表示腐蚀倾向的大小。

类似的，计算在pH＝10的充空气的KCN溶液中(CN活度为0.5)是否腐蚀，假定生成Cu(CN)2

离子，其活度为10-4；且下列反应的E0 =–0.446V。

Cu(CN)2 + e =2 CN+ Cu

–

–

-

–

15、计算下列电池的电动势：Pt∣Fe3+ (α

Fe

3+

= 0.1)，Fe2+ (α

Fe

2+

= 0.001)‖Ag+(α+

Ag= 0.01)∣Ag，并写

出该电池的自发反应，判定哪个电极为阳极？

16、计算铜电极在0.1mol/LCuSO4和0.5MCuSO4中构成的浓差电池的电动势，忽略液界电位，写出该电池的自发反应并指出哪个电极为阳极？

17、计算40℃时下列电池的电动势：Pt∣O2（0.1MPa），H2O，O2（0.01MPa）∣Pt，并指出该电池的极性，哪个电极为阳极？

18、计算氢电极(PH2=1atm)和氧电极(PO2=0.5 atm)在0.5MNaOH溶液中组成电池的电动势，并指出该电池的极性，哪个电极为阳极？

19、计算银浸在0.1MCuCl2是否会腐蚀而生成AgCl，其腐蚀倾向有多大（用电位表示）？

20、当银浸在pH＝9的充空气的KCN溶液中，CN活度为1.0，Ag(CN)2活度为0.001时，是否会发生析氢腐蚀？

21、Zn浸入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？

22、计算由铁和铅电极在等活度的Fe2+ 和Pb2+ 溶液中组成电池的电动势。当此电池短路时，哪个电极倾向于腐蚀？

23、计算上题在pH=10的被空气饱和的碱溶液中的电动势。若此电池被短路，哪个电极被腐蚀？假定腐蚀产物为HPbO2，其活度为0.1，而铁是钝化的，其电位接近氧电极，且 HPbO2+ H2O +2e = Pb +3OH E0 =–0.54V

–

–

–

-

–

24、已知Fe2++2e = Fe, Eo=-0.440V , Fe3++e = Fe2+, Eo=0.771V；

计算Fe3++3e = Fe的标准电位Eo。

25、已知O2 + 2 H2O +4e = 4OH, Eo=-0.401V , 计算O2 + 4 H+ +4e = 2 H2O 的标准电位Eo。

–

26、计算使Fe在PH=3的0.1MFeCl2溶液中腐蚀停止所需的氢气压力。(逸度)

27、计算如上题中使铁在充空气的水中具有腐蚀产物Fe(OH)2的腐蚀停止所需的氢气压力。Fe(OH)2的溶度积为1.8×10-15。

28、计算停止镉在25℃充空气的水中腐蚀所需的氢气压力。

作为腐蚀产物，Cd(OH)2的溶度积为2.0×10-14

29、在装有pH=0.1的稀硫酸并有1atm氢气覆盖的铜槽中，酸中的最大污染量(以mol/L表示)是多少？如果氢分压减小到10-4atm，求相应的Cu2+污染量。

30、根据本章图1–12电位–pH图，写出对应于线⑥Fe和Fe3O4、⑤Fe3O4和Fe2O3及②Fe2+ 和Fe2O3的平衡反应。计算每条线的斜率dE/dpH及线②和⑤的交点（设Fe2+的活度为10-6）。

31、⑴ 计算Zn在pH=0的酸中和Fe在充空气的中性水中的腐蚀的电池的驱动电动势（在没有特别指明的情况下，一般假定电极表面附近金属离子的浓度为10-6mol/L）。

⑵ 计算下列反应的自由能变化：

Zn (s) + 2HCl (aq) = ZnCl2 (aq) + H2 (g)； Fe (s) +1/2O2 (g) + H2O (l) = Fe(OH)2 (aq) ⑶ 将你从电动势得到的结果与由标准摩尔生成 自由能算出的结果进行比较。

思考题

1、腐蚀倾向的热力学判据是什么？以Fe为例，说明它在潮湿大气中可否自发生锈。 3、什么是电位—pH图？举例说明其用途及局限性。

4、什么是腐蚀电池？有哪些类型？举例说明可能引起的腐蚀种类。 5、举例说明腐蚀电池的工作历程。

6、有人说，工业纯锌在稀硫酸中的腐蚀属于电化学腐蚀。是由于锌中含有杂质形成微电池引起的，这种说法对吗？为什么？

7、金属化学腐蚀与电化学腐蚀的基本区别是什么？

腐蚀学第三章习题

1、 铁电极在pH=4.0的电解液中以0.001A/cm2的电流密度阴极极化到电位-0.916V(相对1mol/L甘汞

电极)时的氢过电位是多少？(已知：1mol/L甘汞电极相对标准氢电极的标准电极电位为0.2828V) 2、 当H+离子以0.001A/cm2放电时的阴极电位为-0.92V(相对25℃、0.01mol/LKCl溶液中的Ag/AgCl

电极)，问①相对SHE的阴极电位是多少？ ②如果电解液的PH=1，氢过电位多大？

(已知：25℃、0.01NKCl溶液中的Ag/AgCl电极相对标准氢电极的标准电极电位为0.354V) 3、 在pH=10的电解液中，铂电极上氧的析出电位为1.30V(SCE)，求氧的析出过电位。

4、 Cu2+离子从0.2MCuSO4溶液中沉积到Cu电极上的电位为-0.180V(相对1M甘汞电极)，计算该电极

的极化值。该电极发生的是阴极极化还是阳极极化？

5、 计算25℃下1-电子和2-电子电荷传递过程的阳极Tafel常数bA，对每一过程的传递系数都取α=0.5。 6、 计算下列二过程的电荷传递过电位：

（1） Zn以10A/m2的速度溶解； （2） 氢在Zn上以10 A/m2的速度析出。

对于Zn的溶解，取bA得算术平均值和io的几何平均值（从有关表中查得Zn溶解反应的

b=0.03V~0.06V，io=10-3 A/m2~10-1 A/m2）。

7、 金属在溶液中平衡电位与该金属上阴极还原反应的平衡电位之差为-0.45V。假定|bC|=2bA=0.10V，

每一过程的io=10-1A/m2,计算该金属的腐蚀速度。为了进行有效的计算需做什么假设？

8、 25℃时，Zn在海水中的腐蚀电位为–1.094V(SCE)，计算其腐蚀速度（认为Zn表面附近的

cZn2+=10-6mol/L，Zn溶解反应的b=0.03V~0.06V，io=10-3 A/m2~10-1 A/m2）。

9、 计算25℃下从1mol/kgCuSO4溶液中阴极电沉积时的极限电流密度。已知DCu2+=2×10-10m2/s，扩

散层厚度为100μm。

10、 当50℃的溶液轻微搅动时，从含Ni2+离子的溶液中沉积Ni的极限电流密度为500A/m2， a)计算60℃下反应活化能Q= 50KJ/mol时的iL。

b)若温度升高至65℃，同时增加搅拌速度使扩散层厚度减半，计算这时的iL。 c)计算50℃下以480A/m2的电流沉积时的浓差过电位。

(提示：根据Arrhenius方程，反应速度常数k与温度T的关系为 k=Aexp(-Q/RT)，可以导出ln(VT2/VT1)=- Q/R(1/T2-1/T1),或ln(iT2/iT1)= Q(T2-T1)/(RT1T2),式中iT1和iT2分别为温度T1和T2下的反应电流，Q为活化能，R为气体常数)

11、 将Zn电极和汞电极浸在pH=3.5的除去空气的HCl溶液中短路，当每个电极的总暴露面积为10cm2时，问通过电池的电流多大？Zn相应的腐蚀速度是多少（以g/m2·d为单位）？已知Zn的腐蚀电位为–1.03V（相对1mol/L甘汞电极）。

12、 低碳钢在pH=2的除去空气的溶液中，腐蚀电位为–0.64V（相对饱和Cu–CuSO4电极）。对于同样的钢的氢过电位（单位为V）遵循下列关系：=0.7+0.1lgi，式中i单位为A/cm2。假定所有的钢表面近似的作为阴极，计算腐蚀速度（以mm/a为单位）。

13、 对于稀的镉汞齐在除去空气的含Cd2+的溶液中，忽略浓差极化，并假定汞齐近似作为整个阴极。试推导腐蚀速度相对于pH的斜率的表达式。

14、 Pt在除空气的PH=1.0的H2SO4中，以0.01 A/cm2的电流进行阴极极化时的电位为-0.334V(SCE)，而以0.1 A/cm2阴极极化时的电位为-0.364V(SCE)。计算在此溶液中H+在Pt上放电的交换电流密度io

和塔菲尔常数bC。

(已知：SCE相对标准氢电极的标准电极电位为0.2438V)

15、 对于小的外加电流密度I，阳极活化过电位遵循关系式：η=ki，推导k与交换电流密度io的关系。

假定Tafel常数bA= bC=0.1V。

16、 25℃的0. 5mol/L的硫酸，以0.2m/s的流速通过铁管。假定所有的铁表面作为阴极，Tafel斜率为

±0.100V，而且Fe /Fe2+和氢在Fe上的交换电流密度分别为10-3和10-2 A/m2，求铁管的腐蚀电位和腐蚀速度（以mm/a为单位）。

17、 Fe在腐蚀溶液中，低电流密度下线性极化的斜率dE/di=2mV/(μA·cm-2)，假定bA= bC=0.1V，试计

算其腐蚀速度（以g/m2·d为单位）。

18、 已知铁电极发生的电化学腐蚀受活化极化控制，如果ba=0.065V、 bk=0.118V和 Rp=185Ω/cm2，

求iC和VL。

思考题

1、 举例说明有哪些可能的阴极去极化剂？当有几种阴极去极化剂同时存在时，如何判断哪一种发生

还原的可能性最大？自然界中最常见的阴极去极化反应是什么？ 2、 从腐蚀电池出发，分析影响电化学腐蚀速度的主要因素。 3、 在活化极化控制下决定腐蚀速度的主要因素是什么？ 4、 浓差极化控制下决定腐蚀的主要因素是什么？

5、 混合电位理论的基本假说是什么？它在哪些方面补充、取代或发展了经典微电池腐蚀理论？ 6、 什么是腐蚀极化图？举例说明其应用。

7、 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。 8、 什么是腐蚀电位？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。 9、 试用混合电位理论分析多电极腐蚀体系中各金属的腐蚀行为。 10、什么是差异效应？产生负差异效应的原因是什么？

第三章和第四章习题

1．假定所有的Zn表面起阴极作用，Tafel斜率为±0.10V，Zn和H2在Zn上的交换电流密度分别为0.1 A/m2和10-4A/m2，求Zn在1N盐酸中的腐蚀电位和腐蚀速度(以mm/a为单位)

2．含有5.50ml/L的O2(25℃，0.1MPa)的水以40L/min的流速流进钢管，流出的水中含有0.15ml/L的氧。假定所有的腐蚀集中在30m2的形成Fe2O3的加热区域，求腐蚀速度（以g/m2·d为单位）。 3．浸在除去空气的稀硫酸中的两种钢以不同的速度腐蚀，当它们连成一个电池时，发现它们之间有小的电位差，试问在此电池中哪种钢为阳极，用极化图说明。 4．估算Fe和45号钢在20℃不加搅拌的3%NaCl溶液中的腐蚀速度。

5．不锈钢搅拌轴，放在含氧酸的贮槽中，氧在该酸中溶解度为0.0005M，溶解氧的扩散系数D＝105cm2/sec。假设不锈钢在这种酸中的I致钝＝2A/m2。试问以下两种情况中不锈钢所处的状态，为

－

什么？

（1）当搅拌轴不动时，氧的扩散层厚度δ＝0.05cm （2）当搅拌轴转动时，氧的扩散层厚度δ＝0.001cm

6．对氧去极化腐蚀为什么有时提到当阴极面积加大时腐蚀加快，而有时说，合金中微阴极数量增加时，对腐蚀速度没有什么影响？这是否矛盾？如何解释？ 7．请比较析氢腐蚀和吸氧腐蚀的特点。

8．画出金属(铁)的阳极钝化曲线，并说明该曲线上各特性点的物理意义。 9．铁在稀硝酸和浓硝酸中的腐蚀行为有何区别？试用极化图分析之。

第四章 思考题

1． 什么是析氢腐蚀？发生析氢腐蚀的必要条件是什么？

2． 在稀酸中工业锌为什么比纯锌腐蚀速度快？酸中若含有Pb2+离子，为什么会降低锌的腐

蚀速度？

3． 说明影响析氢腐蚀的主要因素及防止方法，并解释其理由。 4． 什么是吸氧腐蚀？发生吸氧腐蚀的必要条件是什么？ 5． 说明吸氧腐蚀的阴极控制过程及其特点。 6． 影响吸氧腐蚀的主要因素是什么？为什么？ 7． 比较析氢腐蚀和吸氧腐蚀的特点。

8． 碳钢的成分和组织对其在酸中和海水中的腐蚀的影响如何？为什么？ 9． 分析比较工业锌在中性NaCl和稀盐酸中的腐蚀速度及杂质的影响。

第五章习题

1． 如果Fe上钝化膜的电阻率ρ为108Ω·m，平均厚度为4nm。当电流密度i p=2A/m2时，问跨越此

膜的iR降多大？假定此iR降是造成Epp与Fe/Fe3O4，H+的理论平衡电极电位间的差值，试计算Fe的Epp。（注意：钝化膜的厚度、成分和电阻率都可能与pH值有关，因此，此差值也随着pH条件而变。可设pH=0进行计算。实验值为0.7V~1.0V（SHE），这要能是由于吸附氧层引起的。） 2． 不搅拌的硝酸的还原极限电流密度可近似的由下式表示： i L =L 5m5/3 。 式中m为HNO3的质

量摩尔浓度。如果Ti和Fe在此酸中的i pp分别为5和2000A/m2，求钝化这两种金属各需多大浓度的硝酸。

3． 分别计算Fe和Fe–18Cr–8Ni不锈钢在3%Na2SO4中的钝化所必须的氧的最低浓度（以mL/L为

单位计）。25℃下O2在溶液中的扩散系数D=2×10-5cm2/s，从实验测得的Fe和Fe–18Cr–8Ni不锈钢在此溶液中的阳极钝化曲线中得到的临界钝化电流密度i pp分别为104A/m2和A/m2。 4． 在25℃除去空气的硫酸中，测得下表中的数据：

合 金 Fe Fe–14Cr Fe–18Cr Fe–18Cr–5Mo Fe–18Cr–8Ni Epp/V(SHE) +0.52–1.00 –0.10 –0.15 –0.20 –0.20 i pp/(A/m2) 104.0 103.0 102.5 100.3 101.0 i p(A/m2) 100.3 10-1.3 10-2.0 10-1.7 10-2.2 根据此表中的数据，对Fe–Cr合金，可求出i pp和i p对Cr含量的函数关系： lgi pp = 4.0–0.08[Cr] lg i p =0。3–0.12[Cr]

式中[Cr]为Cr在Fe中的重量百分数。从这两个表达式可看出i p对[Cr]的敏感性要比i pp对[Cr]的敏感性大得多。现在实验测得3%的Cr钢的i pp为3kA/m2 ~ 4kA/m2，i p为1.5A/m2 ~ 2A/m2。试用上述经验公式求出3%的Cr钢的i pp和i p，并与实测值进行比较。

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