金属腐蚀理论总复习题(2)

V=Aicor/nF

A:金属的原子量，单位为g F：法拉第常数，1F=26.8A·h n:摩尔质量

3.腐蚀电池与化学电源的原电池相比，腐蚀电池的特点：

①腐蚀电池的阳极反应是金属的氧化反应，结果造成金属材料的破坏。 ②腐蚀电池的阳极和阴极是短路的，电池工作时产生的电流完全消耗在电池内部，转变为热，不能对外做功。

③腐蚀电池中的反应是以最大限度的不可逆方式进行。

第三章 电化学腐蚀的倾向（腐蚀热力学问题） 思考题

1.请说明：电位的表示方法，平衡电位的意义，能斯特公式的应用，非平衡电位的概念。 答:1）电位：金属和溶液两相之间的电位差叫做电极系统的电极电位，简称电位，记为φ。电位的绝对值是无法测量的,只能测得其相对值，相对值记为E，选一个参考电极和待测电极组成原电池系统，测得其电位差。规定标准氢电极的电位为0.因此用标准氢电极作参考电极所测得的电位差就是待测电极相对于标准氢电极的电位值。（二者数值相等）。 2）平衡电位的意义：当电极反应达到平衡时，电极系统的电位为平衡电位，亦称可逆电位，记为Ee ,平衡电位总是和电极反应联系在一起。当电极系统处于平衡电位时，电极反应的正方向速度和逆方向速度相等，净反应速度为零。在两相之间物质的迁移和电荷的迁移都是平衡的,即没有物质与净电荷的积累。 3）能斯特公式的应用: 将电极反应的平衡电位和参与电极反应的各组分的活度（或分压）即具体的腐蚀环境条件联系起来，有平衡电位计算公式

计算题

2. 将铁置于饱和空气的碱溶液(pH = 10)中，按阳极反应为 (1) Fe + Fe2+ + 2e(2) Fe + 2OH- = Fe(OH)2 + 2e 计算腐蚀倾向，二者是否相同？为什么？

解：在pH=10的碱溶液中，去极化还原反应为： O2+2H2O+4e-=4OH?

Ee=E0（OH-/O2）+RT㏑(Po2/a4OH-)/nF

=0.401＋0.0591·lg(0.21/10?16)/4=0.627V (1) 当阳极反应为Fe=Fe2?＋2e- 有Fe2?＋2OH?=Fe(OH)2↓ 查得Ksp Fe(OH)2=1.87×10?15

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a(Fe2+)=Ksp Fe(OH)2/a[OH]2=1.87×10?15/10-8=1.87×10?7mol/L 由：Fe=Fe2＋+2e?

又有Eea= -0.440＋0.02955lg a(Fe2?）

= -0.440＋0.02955lg1.8×10-7= -0.639V （2）当阳极反应为 Fe＋2OH-=Fe(OH)2+2e- 查表有EeFe(OH)2=-0.875V [OH]= 10?4mol/L Ee=E0+RT㏑(1/a[OH4])/nF

= -0.875＋(8.315×298.15)/(2×96500)×2×2.3lg10?4 = -0.639V

综上则有两种计算所得结果相同，即二者的腐蚀倾向一样。

3. 将两根铜棒分别浸于0.01mol/L CuSO4溶液和0.5mol/L CuSO4溶液，组成一个金属离子浓差电池。

(1) 哪一根铜棒是阳极，哪一根铜棒是阴极？

(2) 写出阳极反应和阴极反应，计算其平衡电位。 （3）该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏？

解：（1）铜棒在0.01 mol/LCuSO4溶液中时有：Cu=Cu2?＋2e? 查表得：γ(Cu2?)=0.41

又根据EeCu/Cu2+=E0＋RT㏑a(Cu2+)/nF

=0.337＋0.059·lg(0.01×0.41)/2=0.266V

当铜棒在0.5mol/LCuSO4溶液中时有：γ(Cu?)=0.0668 Ee'（Cu/Cu2+）= E0＋RT㏑a(Cu2+)/nF

=0.337＋0.059lg(0.5×0.0668)/2 =0.293V

因为EeCu/Cu2?

（2）阳极反应：Cu=Cu2＋＋2e?，其平衡电位Eea=0.266V 阴极反应：Cu2??2e?=Cu ， 其平衡电位Ee'=0.293V （3）Eec=Ee'Cu/Cu2+=0.293V

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而Eea=Ee'Cu/Cu2+=0.266V

有腐蚀倾向Eec－Eea=0.293－0.266=0.027V=27mV 即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是27mV 补充知识点：

1.金属电极反应的特点：

①电极的金属材料不仅是电极反应进行的场所参与者； ②金属电极是腐蚀电池的阳极反应；

③气体电极反应和氧化还原电极反应都可以作为腐蚀电池的阴极反应：

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④氢电极反应构成了最基本的参考电极：标准氢电极 2.标准电位：当参与电极反应的各组分活度（或分压）都等于1，温度规定为25℃这种状态称为标准状态。此时，平衡电位Ee等于Eθ，故Eθ称为标准电位。 标准电位是平衡电位的一种特殊情况，标准电位只取决于电极反应的本性，而平衡电位既与电极本质有关，又与参与电极反应各组分活度（或分压）以及温度有关。

3.标准氢电极：（Pt）H2=2H+ +2e 常用的参考电极：SHE，SCE

4.电动序的定义:表明各种金属转变为氧化状态的倾向（活泼顺序） 电动序可以用来粗略的判断金属的腐蚀倾向。 5.电位偏离平衡的原因：

①电极界面虽只有一个电极反应，但有外电流流入或流出，使平衡状态被打破； ②电极表面不止一个电极反应，它们的电位都将偏离平衡电位 6.电位-PH平衡图的应用

1. 预测腐蚀的可能性及其类型 2. 指示腐蚀控制的途径

7.电位-PH图的区域：稳定区（免蚀区）；腐蚀区；钝化区 8.电位-PH平衡图的局限：

①只能分析体系的腐蚀倾向，不能指示腐蚀速度；

②仅适用于分析金属-水简单体系在室温下的腐蚀行为； ③只涉及到纯金属，而工程上多适用合金；

④PH值是指处于平衡状态的溶液PH值，而金属表面附近溶液的PH值与主溶液PH值是有差别的.

第四章 电化学腐蚀的速度（腐蚀动力学问题） 思考题

1.请说明:均匀腐蚀的腐蚀电位和腐蚀电流密度的概念;电极反应的耦合、混合电位、电流加和原理的应用. 答：

①均匀腐蚀的腐蚀电位：指金属和溶液都是均匀的，金属和溶液两相之间的电位差。

②腐蚀电流密度：在金属和溶液都是均匀的情况下，金属腐蚀单位面积所通过的电流。

③电极反应的耦合：在混合电位E，一个电极反应按阳极反应方向进行，一个电极反应按阴极方向进行，其速度相等。

④混合电位:Eea＜E＜Eec，E是这一对电极反应的共同极化电位。Ecor介于Eea和Eec之间⑤电流加和原理:（1）自然腐蚀状态；在腐蚀电位Ecor，阳极反应速度和阴极反应速度相等。即总的氧化反应速度等于总的还原反应速度，这是金

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属表面无电荷积累这一要求的必然结果。（2）极化状态：在极化状态，阳极反应速度和阴极反应速度不再相等，其差值等于外加极化电流密度。i=ia-|ic| 2.微极化和强极化的公式的应用条件是什么？

答：微极化的应用条件：电极反应极化程度小，电位偏离平衡电位不远。

强极化的应用条件：电极反应极化程度大，电位偏离平衡电位很远。

计算题

1、表面积为20cm2铁样品浸泡在PH=1的除氧酸溶液中，经过50h试验，测定了铁样品的损失质量为0.1g。已知在铁表面上析氢反应符合Tafel公式

???0.64?0.125lg|i| 其中,η单位为V。i的单位为A/cm2，试计算： （1）样品厚度的减少△h（mm）

（2）铁试样的腐蚀电流密度icor（A/m2） （3）铁试样的腐蚀电位Ecor

(条件：Fe的原子量为55.8，Fe的密度为7.8g/cm3,法拉第常数F=96500C/mol =26.8Ah/mol)

解：（1）根据失重腐蚀

?W0.12??1g/m?h?4st20?10?50V?1 ?Vp?8.76?8.76??1.12mm/yd7.850?有?h?Vp?t?1.12??0.0064mm365?24V??即样品的厚度加少量△h=0.0064mm （2）

A?icor可知有nF -nFV2?26.8?1icor???0.9606A/m2A55.8根据V-?（3）阴极反应2H??2e?H2

当PH=1时其平衡电位Eec=-0.0591PH=-0.0591×1=-0.059V

在腐蚀电位下，阴极反应过电位：

?c?Ecor?Eec??0.64?0.125lg|icor|(V)?Ecor??0.64?0.125lg|icor|?Eec??0.64?0.125?(lg0.9606?10?4)?0.059??0.707V

补充知识点：

1.电极反应的步骤：

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①液相传质 : 溶液中的反应物向电极界面迁移

②电子转移（放电）: 反应物在电极界面上发生电化学反应，放出电子（氧化）或得到电子（还原），转变为产物

③液相传质或新相生成: 产物如果是离子，向溶液内部迁移；如果是固体或气体，则有新相生成

2.阳极极化分为：电化学极化（离子在阳极上积聚导致）；浓差极化（电极周围与溶液中的离子浓度差）；电阻极化

阴极极化分为：电化学极化；浓差极化 3.动力学基本方程式(字母的含义)

??????????i?i?i?i?exp??exp????

????????????????o Tafel公式 η=a±blg|i| (η代表过电位，a代表Tafel常数，b代表Tafel

斜率，i代表电流密度 b=2.3β)

第五章 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 思考题

1、析氢电位的定义，析氢腐蚀的特征及影响因素？ 答：

⑴析氢电位：氢气析出的时候，在一定的阴极电流密度下，氢的平衡电位和过电

e-??H? 位的差值。??H2?=???H??2??⑵析氢腐蚀的特征：①与金属表面的活性有关②与溶液中的组分（如水，氢离子）在金属表面上的吸附有关③吸附铬合物是阴极反应的中间产物④吸附铬合物放电是阴极反应的速度控制步骤。

⑶影响因素：①溶液：PH值、溶液中的其他组分、温度；②金属：金属材料种类和杂质、阴极区面积、金属表面的状态.

2.氧的离子化电位的定义，吸氧腐蚀的特征及影响因素？

答：氧的离子化电位的定义：在一定的阴极电流密度下，氧的平衡单位和过电位的差值。

吸氧腐蚀的特征：

⑴在一定范围内金属本身的性质和热处理情况对腐蚀速度影响很小； （2）腐蚀速度与溶液pH 值无关；

（3）在微电池腐蚀的情况下，微阴极区数目的增加对金属腐蚀速度影响很小。 影响因素：

（1）充气情况：当氧浓度增大，吸氧腐蚀速度增大，腐蚀电位正移

（2）温度：温度升高使电极反应速度加快，扩散系数增大；温度升高又使氧的溶解度下降

（3）盐溶度：盐溶度增加即改善溶液导电性，又使氧的溶解度降低

流速和搅拌：提高溶液流速或者搅拌溶液，可以使扩散层厚度减小，氧的极限扩散电流密度id增大，从而吸氧腐蚀速度增大。

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