1、深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 課程名稱： 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（2） 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 實(shí)驗(yàn)一 鎳的硫酸溶液中的鈍化行為 學(xué)院： 化學(xué)與化工學(xué)院 專業(yè)： 指導(dǎo)教師： 報(bào)告人： 學(xué)號： 班級： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 教務(wù)部制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定鎳在硫酸溶液中的恒電勢陽極極化曲線及其鈍化電勢。2、了解金屬鈍化行為的原理和測量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理一、金屬的陽極過程金屬的陽極過程是指金屬作為陽極發(fā)生電化學(xué)溶解的過程，如下式所示： MMn+ + ne- 在金屬的陽極溶解過程中，其電極電勢必須高于其熱力學(xué)電勢，電極過程才能發(fā)生。這種電極電勢偏離其熱力學(xué)電勢的現(xiàn)象稱為極化。當(dāng)陽極極化不大時(shí)，陽極過程的速率隨

2、著電勢變正而逐漸增大，這是金屬的正常溶液。但當(dāng)電極電勢正到某一數(shù)值時(shí)，其溶解速率達(dá)到最大，而后，陽極溶解速率隨著電勢變正，反而大幅度地降低，這種現(xiàn)象稱為金屬的鈍化現(xiàn)象。 金屬鈍化一般可分為兩種。若把鐵浸入濃硝酸（比重d1.25）中，一開始鐵溶解在酸中并置換出H2，這時(shí)鐵處于活化狀態(tài)。經(jīng)過一段時(shí)間后，鐵幾乎停止了溶解，此時(shí)的鐵也不能從硝酸銀溶液中置換出銀，這種現(xiàn)象被稱之為化學(xué)鈍化。另一種鈍化稱之為電化學(xué)鈍化，即用陽極極化的方法使金屬發(fā)生鈍化。金屬處于鈍化狀態(tài)時(shí)，其溶解速度較小，一般為10-610-8Acm-2。金屬由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化狀態(tài)，至今還存在著兩種不同的觀點(diǎn)。有人認(rèn)為金屬鈍化是由于金屬表

3、面形成了一層氧化物，因而阻止了金屬進(jìn)一步溶解；也有人認(rèn)為金屬鈍化是由于金屬表面吸附氧而使金屬溶解速度降低。前者稱為氧化物理論，后者稱為表面吸附理論。二、影響的金屬鈍化過程的幾個(gè)因素 金屬鈍化現(xiàn)象是十分常見的，人們已對它進(jìn)行了大量的研究工作，影響金屬鈍化過程及鈍態(tài)性質(zhì)的因素可歸納為以下幾點(diǎn)： 1.溶液的組成 溶液中存在的H+，鹵素離子以及某些具有氧化性的陰離子對金屬的鈍化現(xiàn)象起著頗為顯著的影響。在中性溶液中，金屬一般是比較溶液鈍化的，而在酸性溶液或某些堿性溶液中要困難得多。這是與陽極反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度有關(guān)的。鹵素離子，特別是氯離子的存在則明顯到阻止金屬的鈍化過程，已經(jīng)鈍化了的金屬也容易被它破壞（活

4、化），而使金屬的陽極溶解速率重新增加。溶液中存在某些具有氧化性的陰離子（如CrO24-）則可以促進(jìn)金屬的鈍化。 2.金屬的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 各種純金屬的鈍化能力很不相同，以鐵、鎳、鉻三種金屬為例，鉻最容易鈍化，鎳次之，鐵較差些。因此添加鉻、鎳可以提高鋼鐵的鈍化能力，不銹鋼材是一個(gè)極好的例子。一般來說，在合金中添加易鈍化的金屬時(shí)可以大大提高合金的鈍化能力及鈍態(tài)的穩(wěn)定性。 3.外界因素（如溫度、攪拌等），一般來說溫度升高以及攪拌加劇是可以推遲過防止鈍化過程的發(fā)生，這明顯與離子的擴(kuò)散有關(guān)。 三、恒電勢陽極極化曲線的測量原理和方法 控制電勢法測量極化曲線時(shí)，一般采用恒電位儀，它能將研究電極的電勢恒定地維

5、持在所需值，然后測量對應(yīng)于該電勢下的電流。由于電極表面狀態(tài)在未建立穩(wěn)定狀態(tài)之前，電流會隨時(shí)間而改變，故一般測出的曲線為“暫態(tài)”極化曲線。在實(shí)際測量中，常采用的控制電勢測量方法有下列兩種。 1.靜態(tài)法 將電極電勢較長時(shí)間地維持在某一恒定值，同時(shí)測量電流隨時(shí)間的變化，直到電流值基本上達(dá)到某一穩(wěn)定值。如此逐點(diǎn)地測量各個(gè)電極電勢（例如每隔20，50或100mV）下的穩(wěn)定電流值，以獲得完整的極化曲線。 2.動態(tài)法 控制電極電勢以較慢的速度連續(xù)地改變（掃描），并測量對應(yīng)電勢下的瞬間電流值，并以瞬時(shí)電流與對應(yīng)的電極電勢作圖，獲得整個(gè)的極化曲線。所采用的掃描速度（即電勢變化的速率）需要根據(jù)研究體系的性質(zhì)選定。

6、一般來說，電極表面建立穩(wěn)態(tài)的速度愈慢，則掃描速率也應(yīng)愈慢，這樣才能使所測得的極化曲線與采用靜態(tài)法接近。 上述兩種方法都已獲得了廣泛的應(yīng)用。從測定結(jié)果的比較可以看出，靜態(tài)法測量結(jié)果雖較接近穩(wěn)態(tài)值，但測量時(shí)間太長。本實(shí)驗(yàn)采用動態(tài)法。線性電位掃描示意圖 鈍化曲線示意圖 用動態(tài)法測量金屬的陽極極化曲線時(shí)，對于大多數(shù)金屬均可得到如圖所示的形式。圖中的曲線可分為四個(gè)區(qū)域：（1）AB段為活性溶解區(qū)，此時(shí)金屬進(jìn)行正常的陽極溶解，陽極電流隨電位的變化符合Tafel公式。（2）BC段為過渡鈍化區(qū)，電位達(dá)到B點(diǎn)時(shí)，電流為最大值，此時(shí)的電流稱為純化電流（I鈍），所對應(yīng)的電位稱為臨界電位或鈍化電位（E鈍），電位過B點(diǎn)后

7、，金屬開始鈍化，其溶解速度不斷降低并過渡到鈍化狀態(tài)（C點(diǎn)之后）。（3）CD段為弱定鈍化區(qū)。在該區(qū)域中金屬的溶解速度基本上不隨電位而改變。此時(shí)的電流密度稱為鈍態(tài)金屬的穩(wěn)定溶解電流密度。（4）DE段為過鈍化區(qū)，D點(diǎn)之后陽極電流又重新隨電位的正移而增大。此時(shí)可能是高價(jià)金屬離子的產(chǎn)生，也可能是水的電解而析出2，還可能是兩者同時(shí)出現(xiàn)。三、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑DHZ型電化學(xué)工作站測量系統(tǒng)，電腦電解池（三頸瓶）研究電極：鎳電極參比電極：雙液接飽和甘汞電極（SCE）輔助電極：鉑電極0.5 moldm-3 H2SO4溶液飽和氯化鉀溶液四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 開啟電腦電源。開啟DHZ型電化學(xué)站測量系統(tǒng)的電源（開關(guān)在儀器背面）

8、。2、2-1、洗凈電解池，注入約0.5 moldm-3 H2SO4溶液（實(shí)際操作中0.5 moldm-3 H2SO4溶液已經(jīng)注入，除非溶液已發(fā)藍(lán)否則無需倒掉重新注入）。2-2檢查飽和甘汞電極中KCl溶液的液面高度，若KCl溶液過少，請加入飽和KCl溶液。用蒸餾水洗凈甘汞電極和鉑電極后將安裝于電解池上。2-3用細(xì)砂紙將鎳片電極的一面打磨至光亮，再將鎳片電極置于H2SO4溶液中浸泡2分鐘，安裝于電解池上。2-4電化學(xué)系統(tǒng)與3個(gè)電極連接。W端連接鎳片，R端連接參比電極，C端連接輔助電極。如下圖所示。 實(shí)驗(yàn)裝置圖3、3-1 雙擊電腦桌面上的“電化學(xué)工作站”電化學(xué)測量系統(tǒng)軟件。3-2 點(diǎn)擊“聯(lián)機(jī)” 點(diǎn)擊

9、“設(shè)置”里的“實(shí)驗(yàn)設(shè)置” 點(diǎn)擊“線性掃描伏安法” 選擇溶液電阻補(bǔ)償設(shè)置初始電位（V）為：-0.2 。終止電位（V）為：1.6 。靜止時(shí)間（s）：1 。掃描速度（V/s）：0.002 。采樣間隔（V）：0.01 。靈敏度：10mA 。點(diǎn)擊“確定” 點(diǎn)擊“開始” 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4、實(shí)驗(yàn)過程中，通過鼠標(biāo)顯示，記下所需要的點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)。5、待實(shí)驗(yàn)停止后，可將數(shù)據(jù)以存到桌面。并以實(shí)驗(yàn)者“學(xué)號+姓名”命名，如為2009140002李玉。同時(shí)把數(shù)據(jù)圖截屏，保存圖片，存入U(xiǎn)盤。6、把3個(gè)電極從電解池中取出，洗凈。甘汞電極放入飽和KCl溶液中。關(guān)閉電源。五、數(shù)據(jù)記錄及處理1、選擇相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作極化曲線。確定峰值電流

10、和鈍化電位區(qū)間。實(shí)驗(yàn)做得曲線如下圖：實(shí)驗(yàn)曲線平滑過后：用excel作圖如下圖數(shù)據(jù)記錄溶液組成開路電位/V初始電位/V鈍化電位鈍化電流密度穩(wěn)定鈍化區(qū)間（CD）/V穩(wěn)定鈍化區(qū)電流密度0.5molL-1 H2SO4-0.21249-0.20.2715373.3735*10-30.3426-1.1475(0.0850-0.17562) *10-3六、思考題1、在測量前，為什么電極在進(jìn)行打磨后，還需進(jìn)行陰極極化處理？答：在測量前，對電極進(jìn)行打磨可以去掉鈍化后鎳電極表面的氧化層，使電極的表面純度更高，使反應(yīng)的準(zhǔn)確度提高。對電極進(jìn)行陰極極化處理是對鎳電極進(jìn)行電化學(xué)活化，可進(jìn)一步去掉鈍化后鎳電極表面上的氧化層

11、，使其重新活化。2、如果掃描速率改變，測得的E鈍和i鈍有無變化？為什么？答：如果掃描速率過快，即電極電勢變化太快，使得電極表面來不及建立穩(wěn)態(tài)就往下進(jìn)行，測得的E鈍和i鈍會有變化；如果掃描速率過慢，測得的E鈍和i鈍應(yīng)無太大無變，只是測量時(shí)間太長。3、 當(dāng)溶液的PH發(fā)生改變的時(shí)，Ni電極的鈍化行為有無變化。答：有變化，在酸性條件或者堿性條件下，鈍化要困難的多。4、 測定極化曲線時(shí)，研究電極、參比電極、輔助電極各有什么作用？答：工作電極：以測定請?jiān)阢~電極上的反應(yīng)極化曲線為例，工作電極（即研究電極）是發(fā)生析氫反應(yīng)的場所。參比電極：作為基準(zhǔn)來測量其他電極的過電位。輔助電極：用來通過電流以實(shí)現(xiàn)研究電極的極

12、化。研究陰極過程時(shí)，輔助電極作陽極；研究陽極過程時(shí)，輔助電極作陰極。深圳大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 通過本次實(shí)驗(yàn)測定鎳在硫酸溶液中的恒電勢陽極極化曲線及其鈍化電勢,了解金屬鈍化行為的原理和測量方法。 實(shí)驗(yàn)中，溶液組成為0.5molL-1 H2SO4 ，初始電位為-0.2V, 開路電位為-0.21249V, 測得鎳的鈍化電位為0.27153V, 鈍化電流密度為(73.3735*10-3), 穩(wěn)定鈍化區(qū)間（CD）為（0.3426-1.1475）V, 穩(wěn)定鈍化區(qū)電流密度為(0.0850-0.17562) *10-3。 繪制極化曲線可以看出，電流在一定范圍內(nèi)隨著電壓的增強(qiáng)而上升，說明此時(shí)鎳金屬處于正常溶解狀態(tài)，還沒有鈍化；當(dāng)電流到達(dá)鈍化電流密度（最大值）時(shí)，電壓急劇下降并趨于一個(gè)穩(wěn)定的值，此時(shí)鎳已處于鈍化狀態(tài)，金屬的溶解速率基本不隨電勢而改變，此時(shí)電流成為鈍態(tài)金屬