1.利用腐蚀电池模型研究吸氧腐蚀的重要参数如搅拌、充气、pH值等对腐蚀速度的影响。
2.确定 腐蚀电池模型在中性、酸性溶液中腐蚀速度的控制因素。
本实验采用 腐蚀电池模型作为研究对象。当线路接通后,Cu、Zn两电极在溶液中发生电极反应,由于Zn电极电势较低(负),Cu电极电势较高(正),在两个电极上分别进行以下的电极反应:
Zn电极作为阳极,发生氧化反应:Zn-2e→Zn 2+
Cu电极作为阴极,发生还原反应:
在溶液中,Zn电极不断发生氧化反应,Cu电极不断发生还原反应,电子从Zn电极不断向Cu电极迁移,电流由Cu电极流向Zn电极,电荷的传递依靠溶液中的阴、阳离子的迁移来完成的。这样整个电池形成一个电流回路。通过测量电阻 R 上的电压降,可以得到腐蚀速率的大小。在腐蚀电池模型研究吸氧腐蚀中,某些参数对腐蚀速度有重要的影响,如搅拌、充气、pH等。溶液搅拌或流速增加,会使扩散层有效厚度 δ 减小,由 i corr = i L = nFDCo/δ 知, i L 增大, i corr 增大,因此溶液搅拌会加速腐蚀。对电极充气,会使溶液中及电极附近溶解氧的浓度增大,氧的极限扩散电流密度增加,O 2 是一种典型的阴极去极化剂,O 2 含量增大会加速腐蚀,H + 也是一种的阴极去极化剂,所以充气和加盐酸都会使腐蚀速率增大。
1.实验仪器与材料:磁力搅拌器、电压表、增氧装置、纯铜片、纯锌片、烧杯(1升);细砂纸;
2.实验试剂:3%NaCl、1mol/LHCl、无水乙醇、广泛pH试纸;
3.腐蚀电池试验装置如图3-1所示,用数字电压表测量低欧姆电阻上的电压降来确定阳极和阴极之间的电流。
图3-1 腐蚀电池试验装置示意图
1.用细砂纸打磨试样,用酒精清洗试样2次并吹干,测量试样尺寸,计算出表面积,按图3-1连接好线路。
2.时间的影响:把试片接到线路板上,连接好线路;往容器中注入3%NaCl溶液600毫升;再把接了试片的接线板放入容器中,并开始计时,直接测量电解液中电池两电极的端电压,在5min内每5或20s测量1次并记录。(开始时间间隔短一些)。
3.充气的影响:将阴、阳极都浸入溶液中,分别靠近阳极充气1min或靠近阴极充气1min,记录电压值。
4.电极面积的影响:开动搅拌机,搅拌3min后,先测量S C ∶S A =1∶1的电压值,然后将阴极提出溶液3/4,3min后测量电压值,最后将阳极提出溶液3/4,3min后测量电压值。
5.加酸的影响:往溶液中加数毫升1mol/LHCl,使溶液pH调到2~3。
(1)搅拌3min后测量溶液pH值。
(2)重复步骤4。
原始数据:Zn试片尺寸:cm,面积S:cm 2 。
实验所测数据和计算的电流密度记入表3-1和表3-2。
表3-1 腐蚀电流密度时间的关系
表3 -2 各参数的影响
计算阳极腐蚀电流密度公式如下:
1.绘出腐蚀电流密度时间曲线。
2.分别写出ZnCu电池在中性、酸性溶液中的电极反应和总反应。
3.讨论在中性、酸性腐蚀介质中,ZnCu电池的控制因素。
4.讨论搅拌、充气和pH值对ZnCu电池腐蚀速度的影响。