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1、第19卷第3期大学化学2004年6月线性电位扫描法测定镍的钝化行为庄继华金幼铭傅伟康(复旦大学化学系上海200433)摘要利用电化学分析仪的线性电位扫描法功能测定镍在硫酸(和不同氯离子浓度)溶液中的钝化行为。该方法与传统的用模拟电路仪器测定相比,具有操作简便、灵敏度和精度高、数据处理方便等优点。金属钝化现象是很常见的。用控制电位法测量能够钝化的金属的阳极溶解过程时,一般[1,2]均可得到如图1所示的阳极极化曲线。图中的曲线可分成4个区域:(1)AB段为活性溶解区。此时金属进行正常的阳极溶解,阳极电流随电位的变化符合Tafel公式。(2)BC段为过
2、渡钝化区。电位达到B点时,电流为最大值,此时的电流称为钝化电流(i钝),所对应的电位称为临界电位或钝化电位(E钝)。电位过B点后,金属开始钝化,其溶解速度不断降低并过渡到钝化状态(C点之后)。(3)CD段为稳定钝化区。在该区域中金属的溶解速度基本上不随电位而改变。此时的电流称为钝态金属的稳定溶解电流。(4)DE段为过钝化区。D点之后阳极电流又重新随电位的正移而增大,此时可能是高价金属离子的产生;也可能是水电解析出的O2;还可能是两者同时出现。图1金属钝化曲线示意图金属钝化现象具有实际应用价值。在化学电源和电镀工业中均采取一定的措施防止阳极钝化现象的发生;而在
3、金属防腐蚀领域中则要求金属处于稳定钝化状态。在钢铁中添加金属铬和镍使之成为不锈钢是一个典型的例子。传统测定金属的钝化行为均采用恒电位仪、信号发生器和函数记录仪等模拟电路的仪52[2,3]器。本文利用CHI电化学分析仪的线性电位扫描法功能测定镍在硫酸溶液和不同氯离子浓度的硫酸溶液中的钝化行为。与传统方法相比,CHI电化学分析仪在视窗界面下操作,有操作简便、精度和灵敏度高以及处理数据方便等优点。将该仪器的功能开发应用到基础物理化学实验中,不但提高了物理化学实验的测试层次,也可提高学生对基础实验的兴趣。1测量装置和试剂仪器采用美国CHInstruments公司生产(或
4、由上海辰华仪器公司组装)的电化学分析仪,只要具有线性电位扫描(LinearSweepVoltammetry)测定功能的CHI电化学分析仪(包括CHI600和CHI800系列)均可用于该实验测量。实验测量装置如图2所示。图2测量线路示意图研究电极采用直径为0.5cm的镍圆盘电极(用环氧树脂将镍棒密封在玻璃管中),铂丝作为辅助电极,带有0.1mol/LH2SO4溶液为盐桥的饱和甘汞电极作为参比电极。H2SO4和KCl均采用分析纯试剂。2实验步骤分别测量Ni在0.1mol/LH2SO4、0.1mol/LH2SO4+0.01mol/LKCl,0.1mol/LH2SO4
5、+0.04mol/LKCl和0.1mol/LH2SO4+0.1mol/LKCl溶液中的阳极极化曲线。(1)打开仪器和计算机的电源开关,预热10min。研究电极用06#金相砂纸打磨后,用重蒸馏水冲洗干净,擦干后放入已洗净并装有0.1mol/LH2SO4溶液的电解池中。分别装好辅助电极和参比电极,并按图2接好测量线路。(2)通过计算机使CHI仪器进入Windows工作界面;在工具栏里选中Control,此时屏幕上显示一系列命令菜单,再选中OpenCircuitPotential,数秒钟后屏幕上即显示开路电位值;在工具栏里点击T(实验技术),再选中Linea
6、rSweepVoltammetry;然后在工具栏里选中参数设定,在需设定参数的对话框里分别输入:初始电位(InitE):设定为比先前所测得的开路电位-0.1V;终止电位(FinalE):设为1.4V;扫描速率(ScanRate):0.01V;采样间隔(SampleInterval):0.001V;初始电位下的极化时间(QuietTime):300s;电流灵敏度(Sensitivity):设为0.001安培(1E3A)。53设定参数后,点击OK,再点击工具栏中的运行键,此时仪器开始运行,屏幕上即时显示极化时间值(即在初始电位下阴极极化);3
7、00s后扫描开始,屏幕显示电流随电位的变化曲线;扫描结束后点击工具栏中的Graphics,再点击GraphOptions,在对话框中分别填入电极面积和所用的参比电极及必要的注解,并将实验结果存盘。(3)在原有的溶液中分别添加KCl使之成为0.1mol/LH2SO4+0.01mol/LKCl,0.1mol/LH2SO4+0.04mol/LKCl和0.1mol/LH2SO4+0.1mol/LKCl溶液,重复上述步骤进行测量。每次测量前必须用金相砂纸打磨工作电极并清洗干净。3数据处理(1)打开工具栏中的Graphic
