电化学曲线极化曲线阻抗谱分析9 个月前

电化学曲线极化曲线阻抗谱分析

一、极化曲线

1.绘制原理

铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2,即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 （a）

当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。在稳定状态下，铁溶解的阳极电流

在数值上相等但符号相反，即： 1 1 - 1

2.图形分析

（1）斜率

斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。

（2）同一曲线上各各段形状变化

如图2,在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。

（3）曲线随时间的变动

以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。对于X轴，七天后曲线

正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。

二、阻抗谱

1.测量原理

它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（I Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（乙,）、相位移（B ）、频率（3）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）

应用电化学实验

本课程安排4个综合实验，每个实验4个学时，共16个学时，按照10人一组分别进行。自编实验讲义。实验仪器有：分析天平；直流稳压稳流电源；电化学工作站；恒温水浴；饱和甘汞电极；鲁金毛细管；H型电解槽；Pt电极；电解槽；赫尔槽；电力搅拌器、磁力搅拌器；pH计。

实验1：极化曲线的测定

实验内容：测定Ni2+离子、Co 2+离子单金属电沉积、以及Ni-Co合金共电沉积的稳态阴极极化曲线。 一、 实验目的

1.掌握三电极体系装置和电化学工作站的应用。

2.掌握用线性电位扫描法测量极化曲线的原理和实验方法，学会从极化曲线上分析电极过程特征。

2.测定金属电沉积的阴极极化曲线。 3.学会数据的分析和处理。 二、 实验原理

研究电极过程的基本方法是测定极化曲线。电极上电势随电流密度变化的关系曲线称为极化曲线。极化曲线表示了电极电位与电流密度之间的关系，从极化曲线上可以求得任一电流密度下的过电势（超电势），看出不同电流密度时电势变化的趋势，直观地反映了电极反应速度与电极电势的关系。在某一电流密度下极化曲线的斜率???i称为极化度（极化率），极化度的大小可以衡量极化的程度，判断电极过程的难易。极化度小，电极过程容易进行；极化度大，电极过程受到较

实验九 极化曲线的测定指导教师： 刘 杰

2013-7-19

2013-7-19

一 、极化曲线的的测定目的要求【目的要求】

1.掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本 原理和测试方法。 2.了解极化曲线的意义和应用。3.掌握恒电位仪的使用方法。

2013-7-19

二 极化曲线的的测定的原理1. 极化现象与极化曲线 为了探索电极过程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，其中极化曲线的测定是重要方法之 一。我们知道在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电 极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡 状态下进行的，因此电极反应是可逆的。但当有电流明显 地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平 衡值，电极反应处于不可逆状态，而且随着电极上电流密 度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。由于电流 通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极 化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲 线，如图2-19-1所示。2013-7-19

二 极化曲线的的测定的原理

图2-19-1 极化曲线 A-B:活性溶解区；B:临界钝化点B-C:过渡钝化区；C-D:稳定钝化 区D-E:超(过)钝化区2013-7-19

二 极化曲线的的测定

锂离子电池的电化学阻抗谱分析

1. 锂离子电池的特点

锂离子电池充电时，正极中的锂离子从基体脱出，嵌入负极；而放电时，锂离子会从负极中脱出，嵌入正极。因此锂离子电池正负极材料的充放电容量、循环稳定性能和充放电倍率等重要特性均与锂离子在嵌合物电极材料中的脱出和嵌入过程密切相关。这些过程可以很好地从电化学阻抗谱（EIS）的测量与解析中体现出来。

2. 电化学阻抗谱的解析 2.1. 高频谱解析

嵌合物电极的EIS谱的高频区域是与锂离子通过活性材料颗粒表面SEI膜的扩散迁移相关的半圆（高频区域半圆），可用一个并联电路RSEI/CSEI表示。

RSEI和CSEI是表征锂离子活性材料颗粒表面SEI膜扩散迁移过程的基本参数，如何理解RSEI和CSEI与SEI膜的厚度、时间、温度的关系，是应用EIS研究锂离子通过活性材料颗粒表面SEI膜扩散过程的基础。 2.1.1. 高频谱解析RSEI和CSEI与SEI膜厚度的关系

SEI膜的电阻RSEI和电容CSEI与SEI膜的电导率、介电常数?的关系可用简单的金属导线的电阻公式和平行板电容器的电容公式表达出来

RSEI??CSEI??l SS l(1) (2)

以上两式中S为电极的表面积，l为SEI膜的厚度。倘若锂离子

论文

恒电流法测定阴极极化曲线

一、实验目的：

1． 掌握恒电流法测定阴极极化曲线的基本原理和方法；

2． 运用极化曲线初步判定实施阴极保护的可能性；

3． 掌握高阻抗电压表的使用方法，正确进行搅拌操作。

二、基本原理：

对于构成腐蚀体系的金属电极，在外加电流的作用下，阴极的电位偏离其自腐蚀电位向

负的方向移动，这种现象称为阴极极化。电极上通过的电流密度越大，电极电位偏离的程度

也越大。控制外加电流密度，使其由小到大逐渐增加，便可测得一系列对应于各电流值的电

位值。做阴极电位与电流密度的关系曲线，即为恒电流阴极极化曲线。阴极极化曲线的示意

图如下图。

0 I 电流，微安

阴极极化曲线

极化曲线ABCD明显的分为三段。当外加阴极电流由I0 增加到IB时，由于阴极处于极

化的过渡区，电位由φA缓慢的向负的方向移动到φB，其电位变化不大（AB段）。当外加

的阴极电流继续增大到IC时，虽然电流变化不大，电位向负方向移动的幅度却很大。此时

阴极上积累了大量的电子，阴极极化加强，金属得到保护（BC段）。最小保护电流在IB与

IC之间，最小保护电位在φB到φC之间。当外加阴极电

论文

恒电流法测定阴极极化曲线

一、实验目的：

1． 掌握恒电流法测定阴极极化曲线的基本原理和方法；

2． 运用极化曲线初步判定实施阴极保护的可能性；

3． 掌握高阻抗电压表的使用方法，正确进行搅拌操作。

二、基本原理：

对于构成腐蚀体系的金属电极，在外加电流的作用下，阴极的电位偏离其自腐蚀电位向

负的方向移动，这种现象称为阴极极化。电极上通过的电流密度越大，电极电位偏离的程度

也越大。控制外加电流密度，使其由小到大逐渐增加，便可测得一系列对应于各电流值的电

位值。做阴极电位与电流密度的关系曲线，即为恒电流阴极极化曲线。阴极极化曲线的示意

图如下图。

0 I 电流，微安

阴极极化曲线

极化曲线ABCD明显的分为三段。当外加阴极电流由I0 增加到IB时，由于阴极处于极

化的过渡区，电位由φA缓慢的向负的方向移动到φB，其电位变化不大（AB段）。当外加

的阴极电流继续增大到IC时，虽然电流变化不大，电位向负方向移动的幅度却很大。此时

阴极上积累了大量的电子，阴极极化加强，金属得到保护（BC段）。最小保护电流在IB与

IC之间，最小保护电位在φB到φC之间。当外加阴极电

电化学分析与光谱分析

§17.2 电化学分析法 ●定义利用物质的电学及电化学性质进行分析的方法。它利用 物质的化学量(组成或含量)与电化学性质(电位，电量，电阻)的关系 进行分析。此类方法简便、快速、灵敏、易于自动化，应用较普遍

●类型 根据测量的参数不同，电化学分析法分为三种类型——通过试液的浓度与电池中某物理量的关系分析。物理量有电极 电位(电位分析),电阻(电导分析),电量(庫伦分析),电流-电压曲 线(伏安分析)。发展快，如离子选择性电极 ——以物理量的突变作为滴定分析中终点的指示。如电导滴定，电 位滴定，电流滴定 ——将某待测组分通过电极反应转化为固相(金属或氧化物),由其 质量确定该组分的量，即电解分析法2010-11-10 1

电化学分析与光谱分析

17.2.1 电位分析法(potentiometry)利用电极电位与离子浓度之间的关系测定离子浓度( 活度)的方法。分为直接电位法和电位滴定法两类

●定义

1. 电位分析法的原理——将金属M插人该金属离子Mn+的溶液中构成电极，其电极电 势的大小可以用能斯特方程表示。测出该电极的电势，可求金属 离子活度a(Mn+),这种电极称指示电极。将指示电极、参比电 极和待测溶液组成工作电池，测量

圆学子梦想 铸金字品牌

温馨提示：

此题库为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，关闭Word文档返回原板块。

考点9 电化学

一、选择题

1.(2015·北京高考·12)在通风橱中进行下列实验: 步骤 现Fe表面产生大量无色气Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止 Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡 象 泡,液面上方变为红棕色 下列说法不正确的是 ( ) A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2

B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应 C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3

D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化 【解题指南】解答本题时应注意以下两点: (1)浓硝酸可使铁钝化。

(2)稀硝酸与铁反应生成NO,NO2呈红棕色。

【解析】选C。步骤Ⅰ是铁与稀硝酸反应生成无色气体NO,NO被空气中的氧气氧化生成红棕色的NO2气体,故A正确;步骤Ⅱ的现象是因为铁发生了钝化,Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应,故B正确;步骤Ⅱ反应停止是因为发生了钝化,不能用来比较稀硝酸和浓硝酸的氧化性强弱,物质氧化性强

专题9 电化学及其应用

（2011·浙江卷）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是

A．液滴中的Cl―由a区向b区迁移

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－4OH－

C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH―形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu－2e－Cu2＋

【解析】液滴边缘O2多，在碳粒上发生正极反应O2＋2H2O＋4e－4OH－。液滴下的Fe发生负极反应，Fe－2e－Fe2＋，为腐蚀区(a)。 A．错误。Cl－由b区向a区迁移 B．正确。

C．错误。液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀。

D．错误。Cu更稳定，作正极，反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－。

【评析】本题考察电化学内容中金属吸氧腐蚀的原理的分析。老知识换新面孔，高考试题，万变不离其宗，关键的知识内容一定要让学生自己想懂，而不是死记硬背。学生

电分析化学导论

重点与难点

1． 电池电动势的正确图示及有关运算 2． 电极电位的正确表达及有关运算

3． 有关物理化学常数与电极电位、电池电动势的关系

概述

电分析化学是仪器分析的一个重要分支，是建立在溶液电化学性质基础上的一类分析方法，或者说利用物质在其溶液中的电化学性质及其变化规律进行分析的一类方法。电化学性质是指溶液的电学性质（如电导、电量、电流、电位等）与化学性质（如溶液的组成、浓度、形态及某些化学变化等）之间的关系。

电分析化学的分类与特点

电分析化学的分类

习惯上按电化学性质参数之间的关系来划分，可分为：电导分析法、电位分析法、电解与库仑分析法、极谱与伏安分析法等。 而通常是划分为三个类型：

－－ 以待测物质的浓度在某一特定实验条件下与某些电化学参数间的直接关系为基础的分析方法。如电导法、电位法、库仑法、极谱与伏安法等。

－－ 以滴定过程中，某些电化学参数的突变作为滴定分析中指示终点的方法（注意：不是用指示剂），如电位滴定、电导滴定、电流滴定等。

－－ 经电子作为\沉淀剂\，使试液中某待测物质通过电极反应转化为固相沉积在电极上、由电极上沉积产物的量进行分析的方法，如电解分析法（也称电重量法）。