实验2 稳态恒流法阴极极化曲线的测量

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1、实验二稳态恒流法阴极极化曲线的测量一、实验目的1.理解并掌握经典恒电流法测量稳态阴极极化曲线的基本原理和测量技术。2.测定锌电极在碱性溶液中的阴极极化曲线。3.熟知阴极极化曲线的应用二、实验原理恒电流法是控制电流密度使其依次恒定在不同的数值，同时测定相应的稳定电极电位值，然后把测得的一系列电流密度和电极电位绘成曲线，就是恒流稳态极化曲线。在此情况下，电流密度是自变量，极化曲线表示表示电极电位和电流密度之间的函数关系：φ=f(i)。在恒电流极化中，电流的恒定可用两种方法来实现：一种是恒电流仪，它通过电子线路的反馈作用自动调整，使电流维持稳定。另一种是经典恒电流法，即利用高压直流电源串联一组高电

2、阻来维持电流恒定。本实验采用高压高阻法恒流。由于电解池的阻抗远远小于外线路中串联的限流电阻，所以在测量过程中由于电极极化、钝化等原因引起电解池的阻抗变化或电路中接触点电阻的变化相对于限流电阻而言是微不足道的，因此，它引起的电流变化可以忽略不计，达到恒定电流的目的。与控制电位法相比，控制电流法所用仪器简单，容易实现，所以应用较早。但控制电流法只适用于测量单值函数的稳态极化曲线，即一个电流密度值对应于一个电极电位值。一个电流密度对应几个电极电位值时必须采用控制电位法才能测得一条完整的极化曲线。采用恒电流法测量极化曲线时，在每一个给定的电流密度下，读取相应的电极电位值。但由于种种原因，在给定电流后

3、，电流不能立即达到稳态，即电极电位还将随时间发生变化。不同的电极体系，电位趋于稳定所需要的时间也不同。那么，在实际测量时应该怎样来读取实验数据呢？大家知道，所谓稳态是相对于暂态而言的，绝对的稳态是不存在的，暂态与稳态的划分是以物理量变化是否显著为标准，这种划分也是相对的，因为其还与采用仪器的灵敏度及观察的时间长短有关。所以，在实际测量中，往往电位接近稳定时（即1~3分钟内读数无大变化）就读取电位值，或者硬性规定时间间隔，给定电流后停一定时间（如3、5或10分钟）测取电位值。显然，这种测得的极化曲线并非稳态，而只是接近于稳态，是“准稳态”。在稳态情况下，极化曲线表示电极反应速度（即电流密度）与

4、电极电位的关系。极化曲线是研究电极过程动力学最基本最重要的方法。利用极化曲线可以测量电极电极反应的动力学参数，如交换电流密度iӨ，传递系数α或β，还可以研究电极反应机理。此外，极化曲线在应用电化学如电解、电镀、化学电源和金属腐蚀等方面得到广泛应用。本实验测量锌电极在1mol/LKOH溶液中的极化曲线。电极反应：阴极（Zn电极）：2HO+2e-→2OH—+H↑；22阳极（Zn电极）：2OH—→HO+1/2O↑+2e-22图3-1为锌电极在碱性溶液中的阴极极化曲线，I、II、III区分别对应弱极化区、Tafel极化区和析氢区，电极过程为电化学控制。图3-1锌电极在碱性溶液中阴极极化曲线三、仪器和

5、测量体系仪器：电化学工作站一台，电解池1套，导线，鲁金毛细管。测量体系：研究电极：Zn电极（直径3mm，纯度99.95%），辅助电极：锌电极，参比电极：氧化汞电极，电解液：1mol/LKOH溶液。实验使用的标准氧化汞电极（天津艾达恒晟科技发展有限公司）参数如表3-1所示，所以其电极电位φӨ=0.098－1.12×10-4(t－25)/(V)。表3-1标准氧化汞电极结构和性能参数电极电极结构25℃电极电位(V)温度系数(mV/dec)使用介质氧化汞电极Hg/HgO/KOH(a=1)0.098－1.12碱性四、实验步骤（1）极化曲线的测量1.将研究电极用金相砂纸磨光，除油后装入电解池，位置固定后

6、调整鲁金毛细管的位置；辅助电极清洗后也装入电解池；加入电解液。