1．实验目的

1)了解仪器CH1660E电化学工作站的功能以及极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。

2）掌握极化曲线测定与分析的方法，获得Fe的自腐蚀电位、自腐蚀电流、自腐蚀速率、自腐蚀电流密度、钝化电位范围等参数。

3)了解pH值、C1-离子、缓蚀剂等因素对铁电极极化的影响。

4)掌握相关软件的使用和数据的处理、作图、分析等。

2．实验原理

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。本实验利用电化学方法，通过测定铁电极在不同pH值、C1-离子、缓蚀剂下的极化曲线，研究铁的腐蚀规律。

金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。例如：

Fe↔Fe2+＋2e（1）

2H+＋2e↔H2(2)

Fe将不断被溶解，同时产生H2。Fe电极和H2电极及H2SO4溶液构成了腐蚀原电池，

其腐蚀反应为：

Fe+2H+↔Fe2+＋H2(3）

这就是Fe在酸性溶液中腐蚀的原因。

铁的极化曲线如图2-13-1所示。

·当电极不与外电路接通时，其净电流为零，即I-corr=IFe＝-IH≠0。

·图2-13-1中ra为阴极极化曲线。当对电极进行阴极极化，即加比Ecorr更低的电势时，反应（1)被抑制，反应（2）加速，电化学过程以H2析出为主，这种效应称为“阴极保护”。符合塔菲尔（Tafel)半对数关系：

ηH＝aH＋bHlgI(H)

．图2-13-1中ab为阳极极化曲线。当对电极进行阳极极化时，即加比Ecorr更高的电势时，则反应（2）被抑制，反应（1)加速，电化学过程以Fe溶解为主。符合下述关系：

ηFe＝aFe＋bFelgI(Fe)

将极化曲线上的塔菲尔区外推到腐蚀电位处，得到的交点坐标就是腐蚀电流Icorr。

铁的钝化曲线如图2-13-2所示。

•abc段是Fe的正常溶解，生成Fe2+，称为活化区。

•cd段称为活化钝化过渡区。

•de段的电流称为钝电流，此段电极处于比较稳定的钝化区，Fe2＋离子与溶液中的离子形成FeSO4沉淀层，阻滞了阳极反应，由于H＋不易达到FeSO4层内部，使Fe表面的pH值增大，Fe2O3、Fe3O4开始在Fe表面生成，形成了致密的氧化膜，极大地阻滞了Fe的溶解，因而出现钝化现象。

•ef段称为过钝化区。

3．仪器和药品

(1）仪器

CH1660E电化学工作站一台；电解池一个；硫酸亚汞电极（参比电极）、Fe电极（研究电极）、R片电极（辅助电极）各一支。

(2）药品

浓硫酸；1mol/L的HCl溶液；乌洛托品（缓蚀剂）。

4．实验步骤

(1）配制H2SO4溶液

配制0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L的H2SO4溶液。

(2）电极处理

用金相砂纸将铁电极表面打磨平整光亮，用蒸馏水清洗后用滤纸吸干。每次测量前都需要重复此步骤。

(3)极化曲线的测定

1)将电解液倒入三电极电解池指定的刻度，将工作电极（Fe电极）、辅助电极（Pt电极）以及参比电极（硫酸亚汞电极）置于三电极电解池相应的玻璃管中并与电化学工作站相连。

2)打开电化学工作站开关，双击计算机桌面的文件夹“set660e"，双击应用程序"chi660e"，进入电化学工作站专用软件。

3）单击工具栏中的“T"按钮，选择Tafel方法，设定参数测定极化曲线，保存数据。

4）同上测定铁电极在不同条件下的极化曲线，并保存数据。

5．数据处理及报告撰写

(1）极化曲线的处理

1)在Origin中，导入铁电极在不同条件下的极化曲线数据，进行作图。在极化曲线上的塔菲尔区作切线，外推到腐蚀电位处，得到交点坐标，即是铁电极在各条件下的自腐蚀电流Icor和自腐蚀电位εcor。并计算自腐蚀电流密度jcor=Icorr/S（已知铁电极面积1mm2）和自腐蚀速率v=3600Mjcor/nF（其中M=55.85g/mol,n=2,F=96485)。

2)从图中读出钝化电位范围△εp，并填写表2-13-1。

3）分析铁在不同介质中的电化学参数，得出金属腐蚀和钝化的规律。

(2）撰写实验报告

6．注意事项

1)测定前应仔细了解仪器的使用方法。

2）电极表面一定要处理平整、光亮、干净，不能有点蚀孔，电极处理得好坏对测量结果影响很大。

3)文件保存、数据处理及Origin软件的使用方法。