电位，电极电位，液体接界电位 (2)深刻理解三电极体系装置各部件的作用及对三电极体系正常测试的影响因素 【实验内容】 1)内容一：Q235碳钢阴极极化曲线测定 2)内容二：电偶腐蚀测定 内容一：Q235碳钢阴极极化曲线测定 【实验目的】 1.掌握动电位扫描法测定阴极极化曲线的原理和方法。 2.运用阴极极化曲线判定施行阴极保护的可能性。 3.熟悉利用计算机测控系统进行电化学实验的技术。 【实验原理】 当金属的电位比腐蚀剂的还原反应或与它接触的其它金属的电位低时，产生腐蚀电流 发生底 池阳 金属不新 铜推进多 船体受到腐蚀， 保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不样， 两者存在 连接后，由于新管道腐蚀电位低 吸收电 ,电 阳极 阴极的电位偏离其自然腐理电食。司费务同实北经餐放做胸及化则电子在阴极积系，使 电极上通过的电流密度越大，电极电位偏离程度也越大。控制外加电流使其由小到大逐 测定极化曲线的方法主要有两种：恒电位法和恒电流法。 通过岛接是在即以电位为变量 点地测定，得到相应的极化电流随电 合出极化曲线， 路轻瓷电板电日品合是电山 这种方 具有恒电 的性质， 持在给定电位值。 典型的阴极极化曲线如图2所示。极化曲线ABC 明显地分为3段 由于阴极处于极化的过渡态， 电位由E逐渐向负方向 阴极申位 电流变化不大，可是电极电位向负的方向移动幅度却 6156 图2典型的阴极极化曲线
6 / 56 电位，电极电位，液体接界电位 （2） 深刻理解三电极体系装置各部件的作用及对三电极体系正常测试的影响因素 【实验内容】 1）内容一：Q235 碳钢阴极极化曲线测定 2）内容二：电偶腐蚀测定 内容一：Q235 碳钢阴极极化曲线测定 【实验目的】 1. 掌握动电位扫描法测定阴极极化曲线的原理和方法。 2. 运用阴极极化曲线判定施行阴极保护的可能性。 3. 熟悉利用计算机测控系统进行电化学实验的技术。 【实验原理】 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。 腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易，腐蚀电位愈负愈容易失去电子。 当金属的电位比腐蚀剂的还原反应或与它接触的其它金属的电位低时，产生腐蚀电流， 发生腐蚀。在腐蚀电流的作用下，作为微电池阳极的金属不断溶解，导致腐蚀破坏。比如， 轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器， 船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者存在腐 蚀电位差，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低， 旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。 在自然腐蚀过程中，阳极区由于氧化反应释放出的电子移向电位较高的阴极区，阴极区 吸收电子发生还原反应，电子不会在阴极积累。当腐蚀体系在外加阴极电流作用下，阳极释 放电子的速度加快，阴极还原反应不能及时吸收阳极释放出的电子，则电子在阴极积累，使 阴极的电位偏离其自然腐蚀电位，向负方向变化，这就叫做阴极极化。 电极上通过的电流密度越大，电极电位偏离程度也越大。控制外加电流使其由小到大逐 渐增加，便可以测得一系列对应于电流的电位值。把极化电流 I 对阴极电位 E 作图，即得 到阴极极化曲线。 测定极化曲线的方法主要有两种：恒电位法和恒电流法。 恒电位法的原理：I = f (E)。即以电位为自变量， 通过调节使电极恒定在某一电位，测量相应的极化电 流值，然后把电位恒定在另一数值上再读取新的极化 电流值，这样逐点地测定，得到相应的极化电流随电 位变化的函数关系。 控制电位以规定的速度连续线性变化，同步地记 录相应的电流随电位的变化，自动给出极化曲线，这 就称为动电位扫描法。这种方法具有恒电位的性质， 故也称为恒电位扫描法。“动”和“恒”分别指的是 电位的给定方式和研究电极的电位跟随给定电位而保 持在给定电位值。 典型的阴极极化曲线如图 2 所示。极化曲线 ABCD 明显地分为 3 段：当外加阴极电流由 IA增加到 IB时， 由于阴极处于极化的过渡态，电位由 EA逐渐向负方向 移到 EB，其电位变化不大（AB 段）。当外加阴极电流 继续增大到 IC时，阴极电位由 EB突然变化到 EC，这时 电流变化不大，可是电极电位向负的方向移动幅度却 图 2 典型的阴极极化曲线
很大此时阴极积累大电子，阴极极化强电明极得到保护C段因：量 外加阴极电流从，继续增加时，阴极电位仍然负移，但变化不太大(C①段)。在这一阶段里 用加 在阴 极无的 涂层有破 最大的阴极保护电位应在B和之间。 作用。所以采用阴极保去 【实验仪器】 CS300电化学测试系统 1套 工作电极(Q235碳钢) 1支 饱和甘汞电极（参比电极）1支 铂电极（辅助电极） 1支 专用电解池(250mL) 1个 氯化钾、氯化钠 200m 容量瓶 洗耳 1个 试样打磨、清洗、干燥用品1套 药物天平 个 150mL烧杯 1 图1C5300电化学测试系统和专用电解池 【实验内容】 实验前准备 A.配制3NaC1溶液 称取6克NaCI倒入烧杯，加入适量燕馏水，搅拌至完全溶解，移入容量瓶，并加 蒸馏水到刻度线，配成均匀溶液。 B.配制饱和KCI溶液 在烧杯中倒入50mL蒸馏水，称取约6克C】倒入烧杯，搅拌，直至烧杯中一直保 持有少许KC1品体 C. 打磨工作电极 将研究电极依次用400、600及1000#耐水砂纸打磨，用无水乙醇清洁表面，晾干 待用。 D.连接电解池 将工作电极、辅助电极插入电解池内，参比电极应放入套式盐桥内，然后与测试系 统的三根对应电缆相连。 盐桥的连通过程如 下： a.先通过洗耳球从 内置式盐树 吸液口将待测溶液吸入 到盐桥内的环形空间内， 并充满之，再用橡胶帽封 b.取适量饱和KC 溶液到注入到盐桥的内 套管内，使液面低于管口 4。电解池与电的莲接 7156
7 / 56 很大，此时阴极上积累了大量电子，阴极极化加强了，阴极得到了保护（BC 段）。因此，最 小保护电流可选择在 IB和 IC之间，如 IN点，最小保护电位选择在 EB与 EC之间，如 EN点。当 外加阴极电流从 IC继续增加时，阴极电位仍然负移，但变化不太大（CD 段）。在这一阶段里 阴极上增加了一个氢的去极化过程，即 2H+ +2e→H2↑。当阴极电位达到 ED点之后，氢的去极 化作用加剧，在阴极上析出大量氢气，对阴极表面的涂层有破坏作用。所以采用阴极保护时， 最大的阴极保护电位应在 ED和 EC之间。 【实验仪器】 CS300 电化学测试系统 1 套 工作电极（Q235 碳钢） 1 支 饱和甘汞电极（参比电极） 1 支 铂电极（辅助电极） 1 支 专用电解池（250mL） 1 个 氯化钾、氯化钠 称重 200mL 容量瓶 1 个 洗耳球 1 个 试样打磨、清洗、干燥用品 1 套 药物天平 1 个 150mL 烧杯 1 个 【实验内容】 实验前准备 A. 配制 3%NaCl 溶液 称取 6 克 NaCl 倒入烧杯，加入适量蒸馏水，搅拌至完全溶解，移入容量瓶，并加 蒸馏水到刻度线，配成均匀溶液。 B. 配制饱和 KCl 溶液 在烧杯中倒入 50mL 蒸馏水，称取约 6 克 KCl 倒入烧杯，搅拌，直至烧杯中一直保 持有少许 KCl 晶体。 C. 打磨工作电极 将研究电极依次用 400#、600#及 1000#耐水砂纸打磨，用无水乙醇清洁表面，晾干 待用。 D. 连接电解池 将工作电极、辅助电极插入电解池内，参比电极应放入套式盐桥内，然后与测试系 统的三根对应电缆相连。 盐桥的连通过程如 下： a. 先通过洗耳球从 吸液口将待测溶液吸入 到盐桥内的环形空间内， 并充满之，再用橡胶帽封 口。 b. 取适量饱和 KCl 溶液到注入到盐桥的内 套管内，使液面低于管口
约1cm。 将参比电极先插入乳胶管中，然后一起塞入盐桥的内套管，并使之紧密（可将 乳胶管反向卷起再塞入玻璃套管】 通过负压使内孔溶液不致通过多孔 漫漏。约1 3分钟后，内外溶液经多孔陶瓷连通，并形成电回路。整个装置如图4所示。 4.测定阴极极化曲线 a)开启测控系统电源，打开计算机，进入Windows界面。点击桌面上的“Corrtest 电化学测试”图标，进入Corrtest电化学测试系统，如下图5所示。 corrpste电化学测试系统 图5 CorrTest电化学测试系统界面 b)打开“测试方法”菜单，从“稳态方法”中选择“动电位扫描(F4)”设置极化范 围为(00.1)v到(-0.6-0.5)V(相对开来电位)，扫描速率设为1v/s,坐标类型设 为“电位-电流”，并输入一个文件名，如下图6所示。 ☒ 文件 文件名de 注程235in3%NaC10uon 开路电位们0.5664 测试参数 如能电位们 一选定中由位的0 终止电位们0.5 相对开路电位， 当阳段电德))15 厂扫描反肖阴最电流6)〈1.5 坐行类型电位电液习 确定 帮助 图6动电位扫描参数设置 )然后点击“恒电位仪”按钮，设置其参数如下图7所示。 8/56
8 / 56 约 1cm。 c. 将参比电极先插入乳胶管中，然后一起塞入盐桥的内套管，并使之紧密（可将 乳胶管反向卷起再塞入玻璃套管），通过负压使内孔溶液不致通过多孔砂芯泄漏。约 1～ 3 分钟后，内外溶液经多孔陶瓷连通，并形成电回路。整个装置如图 4 所示。 4. 测定阴极极化曲线 a) 开启测控系统电源，打开计算机，进入 Windows 界面。点击桌面上的“Corrtest 电化学测试”图标，进入 Corrtest 电化学测试系统，如下图 5 所示。 图 5 CorrTest 电化学测试系统界面 b) 打开“测试方法”菜单，从“稳态方法”中选择“动电位扫描（F4）”设置极化范 围为(0~0.1)V到(-0.6~-0.5)V(相对开来电位)，扫描速率设为1mV/s，坐标类型设 为“电位-电流”，并输入一个文件名，如下图6所示。 图 6 动电位扫描参数设置 c) 然后点击“恒电位仪”按钮，设置其参数如下图7所示
2☒ 型号 仅增大 CS300UA▣ 电位极化常田 2 C反补00 扫描延迟时问 迟时间60一 。数宇平滑 确定 取消 帮助 图？仪器参数设置 )按确定后，退出窗口，然后点击“电解池设置”按钮，设置其参数如下图8所示。 口电极与电解秀数设置 ☒ 电极参数 作通道下习 Sc原/甘汞-饱和c1)一 电极面积(m)0.5 材料密度dcm)7.8 相对氢标电位0W)0,241 测量温度℃) 材料化学当量e)28 Sterni系数m)25 确定 取消」帮助 图8电解池与电极参数设置 )按确定后，退出窗口，并开始测量，出现扫描延迟窗口，如下图9所示。待极化电 流稳定后，点击“立刻开始”按钮启动扫描，或待倒数计时时间为零时，系统自动 启动扫描。 prIe扫描延迟 荔电应纹工作式 当前状药 动电位 极化电位00.5969 电位量程2.5V 电流量程2uA 极化电流aA).0009 53秒后开始扫指描 取消」帮助 图9扫描延迟 开始测量后，出现图形显示窗口，实时输出极化电流和极化电位，如下图10所示 在测量过程中仔细观察工作电极表面的变化，并记录出现析氢的电极电位。 9/56
9 / 56 图7 仪器参数设置 d) 按确定后，退出窗口，然后点击“电解池设置”按钮，设置其参数如下图8所示。 图 8 电解池与电极参数设置 e) 按确定后，退出窗口，并开始测量，出现扫描延迟窗口，如下图9所示。待极化电 流稳定后，点击“立刻开始”按钮启动扫描，或待倒数计时时间为零时，系统自动 启动扫描。 图9 扫描延迟 f) 开始测量后，出现图形显示窗口，实时输出极化电流和极化电位，如下图10所示。 在测量过程中仔细观察工作电极表面的变化，并记录出现析氢的电极电位
t12302470910mw2560 724 246 92 38 动电法保速率1.0x哥长5项物冻度 图10图形显示窗口 g)测量结束后，关闭图形显示窗口，从“数据处理”中选择“CV图形分析”，打开数 据文件，并将数据文件加入到右边列表框中，如下图11所示。 选来织之件 将性文件 222cm 动色 厂动线型 厂自动泰记 果色无 文件时合并地对习 确定☐取消荆动 图11数据分析软件中如何加入测量数据 )数据加入到分析软件中后，可以进行绘图和分析，如图12所示 10/56
10 / 56 图10 图形显示窗口 g) 测量结束后，关闭图形显示窗口，从“数据处理”中选择“CV图形分析”，打开数 据文件，并将数据文件加入到右边列表框中，如下图11所示。 图11 数据分析软件中如何加入测量数据 h) 数据加入到分析软件中后,可以进行绘图和分析,如图12所示