线性电位法测镍在硫酸中的钝化的行为

实验八十 线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为

预习提问

1、什么是极化？什么是极化曲线？阳极极化电极电势如何变化？阴极极化电极电势又如何变化？

答:在金属的阳极溶解过程中,其电极电势必须大于其热力学电势,电极过程才能发生.这种电极电势偏离其热力学电势的行为称为极化.

极化曲线:描述电极电势与通过电极的电流密度之间关系的曲线. 阳极极化电极电势：由于极化是电极电势变大 阴极极化电极电势：由于极化使电极电视变小。 2、什么是金属的钝化？

答:当阳极极化不大时,阳极过程的速率随着电势变正而逐渐增大,但当电极电势正到某一数值时,其溶解速率达到最大,而后,阳极溶解速率随着电势变正反而大幅度降度,这种现象称为金属的钝化.

3、金属为什么会由活化状态转变为钝化状态？

答:有的人认为金属钝化是由于金属表面形成了一层具有保护性的致密氧化膜,因而阻止了进一步溶解,称为氧化物理论：另一种观点则认为金属钝化是由于金属表面吸附了氧，形成了氧吸附层或含氧物吸附层，因而抑制了腐蚀的进行，称为表面吸附理论：第三种理论认为，开始是氧的吸附，随后金属从基底迁移至氧吸附膜中，然后发展为无定形的金属-氧基结构而使金属溶解速率降低，被称为连续模型理论。 4、影响金属钝化过程的因素有哪些？

答：（1）溶液的组成，溶液中存在H+、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属钝化现象起着显著的影响。

（2）金属的化学组成和结构，各种纯金属的钝化能力均不相同，以Fe、Ni、Cr 金属为例，易钝化的顺序为Cr >Ni> Fe.

(3) 外界因素 当温度升高或加剧搅拌，都可以推迟或防止钝化过程的发生。 5、阳极极化曲线为什么要用恒电位法而不能用恒电流法？

答:电化学研究金属钝化通常有两种方法：恒电流法和恒电势法。由于恒电势法能测得完整的阳极极化曲线，因此，在金属钝化研究中比恒电流法更能反映电极的实际过程。 6、在恒电位法测定极化曲线时，何谓静态法？何谓动态法？

答: （1）静态法 将研究电极的电势恒定在某一数值，同时测量相应极化状况下达到稳定后的电流.

（2）动态法 将研究电极的电势随时间线性连续地变化，同时记录随电势改变而变化的瞬时电流，就可得完整的极化曲线图。

7、在阳极极化曲线测量线路中，参比电极和辅助电极各起什么作用？

答:在阳极极化曲线测量线路中,参比电极与工作电极构成测量回路，对工作电极的电势进行测量和控制，回路中没有极化电流流过，只有极小的测量电流，不会对工作电极的极化状态，参比电极的稳定性造成干扰。辅助电极与工作电极构成极化回路，极化电路中流过极化电流，并对极化电流进行测量和控制。

8、如何测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线？

答:用恒电势法中的动态法，通过研究电极的电势随时间线性连续的变化，记录随电极电势改变而变化的瞬间电流，就可以的得到阳极极化曲线。

思考题

1.请绘制一下镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线草图，并指出钝化电流，钝化电势，稳定钝化区间，稳定钝化区电流。如何测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线？

ic 一临界钝化电流 Ec 一临界钝化电位 ip 一稳定钝化电流 AB一活性溶解区 BC一过渡钝化区 CD一稳定钝化区 DE一过钝化区

用恒电势法测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线。

2. 在线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为的实验中，为什么要用恒电势法而不能用恒电流法？

答：由于恒电势法能测得完整的阳极极化曲线，因此，在金属钝化研究中比恒电

流法更能反映电极的实际过程。

3. 在阳极极化曲线测量中，参比电极和辅助电极各起什么作用？

答：在阳极极化曲线测量中,参比电极与工作电极构成测量回路，对工作电极的电势进行测量和控制，回路中没有极化电流流过，只有极小的测量电流，不会对工作电极的极化状态、参比电极的稳定性造成干扰。辅助电极与工作电极构成极化回路，极化电路中极化电流，并对极化电流进行测量和控制。

4. 在恒电势法测定极化曲线时，何谓静态法？何谓动态法？

答：（1）静态法：将研究电极的电势恒定在某一数值，同时测量相应极化状况下达到稳定后的电流。

（2）动态法：将研究电极的电势随时间线性连续地变化，同时记录随电势改变而变化的瞬时电流，就可得完整的极化曲线图。

5. 当电势加到一定值后，镍电极上出现气泡，请解释为什么会出现此现象？ 答：当电势加到一定值后，可能就会是水电解，阳极放出氧气，所以镍电极上出现气泡。

6. 测定镍阳极极化曲线时，在测量前，为什么电极在进行打磨后，还需进行阴极极化处理？

答：在测量前，对电极进行打磨只能去掉钝化后镍电极表面上凸起的氧化层，对凹进的部分不起作用，对电极进行阴极极化处理是对镍电极进行电化学活化，可进一步去掉钝化后镍电极表面上的氧化层，使其重新活化。

7. 在阳极极化曲线测量中，如果扫描速率改变，测得的钝化电流和钝化电势有无变化？为什么？

答：如果改变扫描速率，即电极电势变化太快，使得电极表面来不及建立稳态就往下进行测得的E钝和i钝会有变化。如果扫描速率过慢，测得的E钝和i钝应无太大变化，只是测量时间太长。

8. 在阳极极化曲线测量中，当溶液pH发生改变时，镍电极的钝化行为有无改变？ 答：当溶液pH发生改变时，，镍电极的钝化行为有变化。

9. 什么是极化？什么是极化曲线？阳极极化电极电势如何变化？阴极极化电极电势又如何变化？

答：金属处于阳极过程时会发生电化学溶解，其反应式为：M → Mn+ + ne- 在金属的阳极溶解过程中，其电极电势必须大于其热力学电势，电极过程才能发生。这种电极电势偏离其热力学电势的行为称为极化。 超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线。 阳极上由于极化使电极电势变大。 阴极上由于极化使电极电势变小。

10.什么是金属的钝化？

答：当阳极极化不大时，阳极过程的速率(即溶解电流密度)随着电势变正而逐渐增大，这是金属的正常溶解。但当电极电势正到某一数值时，其溶解速率达到最大，而后，阳极溶解速率随着电势变正，反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化。

11.影响金属钝化过程的因素有哪些？

答：（1）溶液的组成：溶液中存在的H+、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属钝化现象起着显著的影响。在中性溶液中，金属一般是比较容易钝化的；而在酸性或某些碱性溶液中要困难得多。

（2）金属的化学组成和结构：各种纯金属的钝化能力均不相同，以Fe、Ni、Cr种金属为例，易钝化的顺序Cr＞Ni＞Fe。

（3）外界因素：当温度升高或加剧搅拌，都可以推迟或防止钝化过程的发生。这显然是与离子的扩散有关。在进行测量前，对研究电极活化处理的方式及其程度也将影响金属的钝化过程。

12.钝化曲线图分为哪些区？

答：活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区。

13.为什么在电化学测量实验中，用常用电流密度代替电流?

答：因为电流密度的大小就是电极反应的速率。所以用常用电流密度代替电流 14.KCl的浓度对镍在硫酸中钝化行为的影响如何？

答：Cl－破坏金属表面钝化膜的完整性。当KCl的浓度大于等于0.02mol/L,钝化电流会明显增大，而稳定钝化区间会减少，过钝化区电流会明显增大。

15.溶液中的溶氧量对金属表面的钝化膜有无影响？

答：有，溶液中的溶解氧可以减少金属表面钝化膜遭受破坏。

书后思考题

（1）在测量前，为什么电极在进行打磨后，还需进行阴极极化处理?

答：在测量前，对电极进行打磨只能去掉钝化后镍电极表面上凸起的氧化层，对凹进的部分不起作用，对电极进行阴极极化处理是对镍电极进行电化学活化，可进一步去掉钝化后镍电极表面上的氧化层，使其重新活化。

（2）如果扫描速率改变，测得的E钝和i钝有无变化?为什么?

答：如果改变扫描速率，即电极电势变化太快，使得电极表面来不及建立稳态就往下进行测得的E钝和i钝会有变化。如果扫描速率过慢，测得的E钝和i钝应无太大变化，只是测量时间太长。

（3）当溶液pH发生改变时，Ni电极的钝化行为有无变化? 答：当溶液pH发生改变时，，镍电极的钝化行为有变化。

（4）在阳极极化曲线测量线路中，参比电极和辅助电极各起什么作用？ 答：在阳极极化曲线测量中,参比电极与工作电极构成测量回路，对工作电极的电势进行测量和控制，回路中没有极化电流流过，只有极小的测量电流，不会对工作电极的极化状态、参比电极的稳定性造成干扰。辅助电极与工作电极构成极化回路，极化电路中极化电流，并对极化电流进行测量和控制。

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