wordword范文《金屬腐蝕理論及腐蝕控制》

習(xí)題解答第一章1.根據(jù)表1中所列數(shù)據(jù)分別計算碳鋼和鋁兩種材料在試驗(yàn)介質(zhì)中的失重腐蝕速度V一和年腐蝕深度Vp,并進(jìn)行比較，說明兩種腐蝕速度表示方法的差別。表1 碳鋼和鋁在硝酸中的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)介質(zhì)30%HNO3i25℃試樣材料碳鋼鋁矩形薄板試樣尺寸(mm)20x40x330x40x5腐蝕前重Wo(g)18.715316.1820浸泡時間t(hr)4545腐蝕后重Wi(g)18,673916,1347解：由題意得：(1)對碳鋼在30%HNO3(25℃)中有:V=AW-/st=(18.7153-18.6739)/45x2x(20x40+203+40x30)x0.000001=0.4694g/m-h又有d=m/v=18.7154/20x40x0.003=7.798g/cm2-hVp=8.76V7d=8.76x0.4694/7.798=0.53mm/y對鋁在30%HNO3(25℃)中有：V-=AW^/st=(16.1820-16.1347)/2x(30x40+305+40x5)x45xl06=0.3391g/m-hd=m鋁/v=16.1820/30x40x5x0.001=2.697g/cn?說明：碳鋼的U比鋁大，而Vp比鋁小，因?yàn)殇X的密度比碳鋼小。(2)對不銹鋼在2O96HNCX25C)有：表面積S=2兀X0.0152+271x0.015x0.004=0.00179m2V一二aW/st=(22.3367-22.2743)/0.00179x400=0.08715g/m2-h試樣體積為：V=兀xi.530.4=2.827cm3d二W/V=22.3367/2.827=7.901g/cm3Vp=8.76V/d=8.76x0.08715/7.901=0.097mm/y對鋁有：表面積S=2兀'0.022+2兀乂0.02乂0.005=0.00314m2V-=AW7st=(16.9646-16.9151)/0.00314x20=0.7882g/m2-h試樣體積為:V二九x22xo.5=6.28cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701g/cm3Vp=8.76V/d=8.76x0.7882/2.701=2.56mm/y試樣在98%HNCX(85℃)時有：對不銹鋼：V一二aW7st=(22.3367-22.2906)/0.00179x2=12.8771g/m2-hVp=8.76V~/d=8.76xl2.8771/7.901=14.28mm/y對鋁：V-=AWVst=(16.9646-16.9250)/0.00314x40=0.3153g/m2-hVp=8.76V~/d=8.76x0.3153/2.701=1.02mm/y說明：硝酸濃度溫度對不銹鋼和鋁的腐蝕速度具有相反的影響。.鎂在0.5mol/LNaCI溶液中浸泡100小時,共放出氫氣330cml試驗(yàn)溫度25℃,壓力760mmHg；試樣尺寸為20x20x0.5（mm）的薄板。計算鎂試樣的失重腐蝕速度Vp。（在25℃時水的飽和蒸汽壓為23.8mmHg）解：由題意得：該試樣的表面積為：S=2x（20x20+20x0.5+20x0.5）x10-6=840x10"m2壓力P=760mmHg-23.8mmHg=736.2mmHg=98151.9Pa根據(jù)PV二nRT則有放出的氫氣的物質(zhì)的量為：n=PV/RT=98151.9x33Oxio-'/8.315乂（25+273.15）=0.01307mol又根據(jù)Mg+2H+一〉Mg"+"、Mg腐蝕的量為n（Mg）=0.01307mol所以：V-=nM（Mg）/St=0.01307x24.3050/840x10"xioo=3.7817g/m2-h查表得：dMg=1.74g/cm3有：Vp=8.76V7d=8.76x3.7817/1.74=19.04mm/y.表面積4cm2的鐵試樣，浸泡在5%鹽酸溶液中，測出腐蝕電流為Icor=0.55mA。計算鐵試樣的腐蝕速度V-和Vp。解：由題意得：根據(jù)V—二A/nF二icor可知V=（A/nF）lcor/s二55.845x0.55x0.001/2x26.8x4x0.0001=1.4326g/m2-h查表得d（Fe）=7.8g/cm3Vp=8.76V/d=8.76xl.4326/7.8=1.61mm/y即鐵試樣的腐蝕速度V一二1.4326g/m*hVp=1.61mm/y第二章1.將銅片和鋅片插在3%NaCI溶液中，測得銅片和鋅片未接通時的電位分別為+0.05V和-0.83V。當(dāng)用導(dǎo)線通過電流表把銅片和鋅片接通，原電池開始工作，電流表指示的穩(wěn)定電流為0.15mA。已知電路的歐姆電阻為2000。(1)原電池工作后陽極和陰極的電位差二?(2)陽極極化值△匕與陰極極化值A(chǔ)R的絕對值之和△￡,+lAEcI等于多少？(3)如果陽極和陰極都不極化，電流表指示應(yīng)為多少？(4)如果使用零電阻電流表，且溶液電阻可以忽略不計，那么電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，陽極與陰極的電位差匕、陽極極化值與陰極極化值的絕對值之和△匕+卜邑I等于多少？電流表的指示又為多少？解：由題意得：(1):根據(jù)Ec-Ea=IR貝IJ有：Ec-Ea=IR=0.51mAx200?<=30mV=0.03V即原電池工作后陽極和陰極的電壓差Ec-Ea=0.03V：AEa=Ea-Eoa|AEc|=Eoc-Ec△Ea+|AEc|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.05+0.83-0.03=0.85V即陽極極化值4Ea與陰極極化值A(chǔ)Ec的絕對值之和為0.85Vo(3)：如果陽極和陰極都不極化，則有Pc=0,Pa=0kor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05+0.83)/200=0.0044A=4.4mA即電流表指示應(yīng)為4.4mA。(4):當(dāng)使用零電阻電流表時有，陽極與陰極的電位差Ec=Ea,則有：電位差Ec-Ea=0由(2)知：△Ea+，Ec|二(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83?0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-Ec+Ea-Eoa)/lcor=(0.88-0.03)/0.15xio-3=5666.7Ql=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)=(0.05+0.83)/5666.7=0.000155A2某腐蝕體系的參數(shù)為：Es=-0.4V,Eo==0.8V,Eco,=-02V。當(dāng)R=0時，L,二10mA,該腐蝕電池屬于什么控制類型？如果歐姆電阻R=90Q,那么11二？腐蝕電池又屬于什么控制類型？解：由題可知：當(dāng)R二。時有：lcor=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/kor=(0.8+0.4)/lOxio_2=120QPc=(Eoc-Ec)/kor=(0.8+0.2)/10x10-3=100Q貝IJ有Pa=120-100=20c因?yàn)镻c?Pa,所以該電池屬于陽極極化控制。當(dāng)歐姆電阻R=90c時有：Icor=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA因?yàn)镽與Pc接近，所以該腐蝕電池為歐姆電阻和陽極極化共同控制。第三章.在下列情況下，氧電極反應(yīng)的平衡電位如何變化：(1)溫度升高10℃(取PO2=latm,pH=7)o⑵氧壓力增大到原來的10倍(溫度25℃)。(3)溶液pH值下降1單位(溫度25℃)O解：在中性溶液中，陰極的反應(yīng)為：O2+2HQ+4e-=4OH-其平衡位則為Ee=E°(OH-/O2)+—ln(Po./^-)nF(I)當(dāng)溫度升高10℃后有：EeE(OH-/O2)+竺_E22xm(po2/時-)

nFLRT.zn/4\ 10R]C/4=E+一ln(Po2/〃o")+——InPo2/q°h-nF nF則平衡電位變化量神1=Ee，-Ee=^ln（P。"囁一）.10/?~~nF.n10/?. 4InP02-——In或

nF又因ln4〃=2.3lgK”，貝IJ有Igj=pH-14OH所以：AEel=10x8.314/(4x96500)xInPo2-10x8.314/(4x96500)x4x2.3x(7-14)=0+0.01387=0.0139V>0即：溫度升高10℃后平衡電位正移。0139V。(2)當(dāng)氧壓力增加到原來的10倍時EeI=E+—ln(10Po2/^H)=E+—lnl0+—ln(Po2/。鼠-)2nF nFnF△E2=Ee^-Ee=—InlOnF=(8.314x298.15)/(4x96500)x2.3=0.0148V>0即氧壓力增大到原來的10倍時有氧電極平衡電位正移0.0148V(3)當(dāng)溶液pH值下降1時有RT RT 4RT=E+—ln(Ps/嘮-)=E+—InP02--In嗎-3nF nF nrAr匚,,，匚-RTin4RT, ， RT1n4RT.△E3=Ee-Ee=E+——InP02- ln%，-(E+——InP02 InnF nF 'nF nF。oh)_-4RTnF2.3(PH-14)+—2.3(pH-14)

nF=￡1x2,3=831：）x298-1：）x23=0,0591V>OF 96500即pH值下降1個單位，氧電壓反應(yīng)平衡電位正移0.0591Vo.將鐵置于飽和空氣的堿溶液(pH=10)中，按陽極反應(yīng)為Fe+Fe4+2eFe+2OH-=Fe(OH)=+2e計算腐蝕傾向，二者是否相同？為什么？解：在pH=10的堿溶液中，去極化還原反應(yīng)為：Q=+2HQ+4e-AOHEe=E°(OH-/O2)+竺ln(Po/磯-)

nF二0.401+”含|g(0.21/10*)=0.627V(1)當(dāng)陽極反應(yīng)為Fe=Fe"+2e-有Fe-++2OH=Fe(OH)2I查得KspFe(OH)=1.87Xioa(尸e'+)=KspF6(oH)/a[o//]2=1.87x1015/108=1.87><iomol/L由：Pe-Fe2++2e-又有Eea=-0.440+0.029551ga(尸e")=-0.440+0.02955lgl.8xio一=-0.639V(2)當(dāng)陽極反應(yīng)為Fe+20”-二Fe(OH)2+2e查表有■. 查表有■. =-0.875VFe.\OH)2[OH]=10tmol/LEe=E°+—ln(l/a[O//]4)nF=-0.875+(8.315x298.15)/(2x96500)x2x2.3lgl0=-0.639V綜上則有兩種計算所得結(jié)果相同，即二者的腐蝕傾向一樣。3.將兩根銅棒分別浸于O.Olmol/LCuSO』溶液和0.5mol/LCuSO」溶液，組成一個金屬離子濃差電池。(1)哪一根銅棒是陽極，哪一根銅棒是陰極？(2)寫出陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，計算其平衡電位。該金屬離子濃差電池的腐蝕傾向是多少伏？解：(1)銅棒在0.01mol/LCuSCH溶液中時有：Cu="+2e-查表得：Y(C〃")=0.41又根據(jù)慶 =E°+^lna(CM2+)=0.337+ lg(0.01x0.41)=0.266V2當(dāng)銅棒在0.5mol/LCuSO4溶液中時有:y(c〃")=0.0668Ee=E°+—Ina(CwCm/cm2+ nF=0.337+ lg(0.5x0.0668)=0.293V因?yàn)榉?lt;Ee',即銅在0.01mol/LCuSCU溶液中的電位比Cit/cw2+ C?/cu2+在Q5mol/LCuSO4溶液中電位低。故有銅在0.01mol/LCuSCH溶液中作陽極，而在0.5mol/LCuSO4溶液中的銅棒作陰極。(2)陽極反應(yīng)：CU=Q/』+2e-其平衡電位Eea=0.266V陰極反應(yīng)的"+2e-=Cu,其平衡電位&'=0.293VEec=Ee =0.293V而Eea=七e =0.266VCu/crr2+有腐蝕傾向Eec-Eea=0.293-0.266=0.027V=27mV即該金屬離子濃差電池的腐蝕傾向是27mV第四章1.表面積為20cm2的鐵樣品浸泡在PH=1的除氧酸溶液中，經(jīng)過50h試驗(yàn)，測得了鐵樣品的損失質(zhì)量為0.1g,已知在鐵的表面上析氫反應(yīng)符合Tafel公式n=-0.64-0.125lg|i|,n的單位為V,i的單位為A/cm\試計算：樣品厚度的減少△h(mm);鐵電流的腐蝕電流密度i-CA/m2);鐵試樣的腐蝕電位Ec.解：⑴根據(jù)失重腐蝕=——嗎——=lg/nr.h

st20x10-4x50AVp=8.76——=8.76x1/7,8=1.12mm/ydfc???有 =Vp.t=L12x50/(365x24)=00064mm即樣品的厚度加少量為0.0064mmA⑵根據(jù)】廣=一可知有：nF"=2x26.8xl=o96064M3A55.8陰極反應(yīng)2H'+2e=H2當(dāng)pH=1時其平衡電位Eec=-0,0591pH=-0.0591x1=-0,059(V)在腐蝕電位下，陰極反應(yīng)過電位：1]==Ecor-E-=-0.64-0.125lg|icor|(V)所以Ecor=-0.64-0.125lgIicorI+E-=-0.64-0.125x(|g0.9606xl04)-0.059=-0.707V(vsSHE)二-0.707V-0.242=-0.949(vsSCE)2.海水中的含氧量為3.2mg/L求一年中鋅的消耗量？(氧的擴(kuò)散層厚度為3=ICT?切?.擴(kuò)-5 2散系數(shù)為D=1.9xl0cm/s,Zn的原子量為654)。解：由題知有：2 .在海水中陰極反應(yīng)為Q42H2cH4e=4OHaNc—c在穩(wěn)定條件時有：|ic|二Nf|一1|二nFD——at och當(dāng)c，減小到零時有|ic|=id=nFD—d=4x26.8A.h/molxl.9xlOcm/sx 一-/IOcm32glMol=[4x26.8xl.9xl0'5x3.2xl0'3/(32xl0'4)]x3600xl0xl0'32=0.7332A/m/.icor=id=0.7332A/m2查表得dzn=7.1g/cm3 Zn-2e二Z/?七43「心 V8.76A,??有腐蝕深度Vp=8.76—=--x—xavidnF=8.76x65.4x0.7332/(7.1x2x26.8)=1.104/77/??/?A失重腐蝕速度V二——icor=65.4x0.7332/2x26.8=0.8956g/m\/?nF3對如下兩個電極系統(tǒng)：Hg—O.lmol/LHCIPt—Imol/LHzSOj分別進(jìn)行陰極極化，測量數(shù)據(jù)列于表lo要求：(1)分別畫出在汞電極上和粕電極上析氫反應(yīng)的陰極極化過電位曲線。⑵圖上求Tafel斜率匕和交換電流密度/°o(3)為了使電位偏離平衡電位+10mV,需要通入多大的外加極化電流(取n=1)?比較兩個電極的極化性能。表1陰極極化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(25℃)極化電流密度(A/m2)極化電位E(V,vsSCE)Hg電極Pt電極5xl03-0.53702.5X103-0.4991io3-1.6164-0.45115xl(f-1.5780-0.4040io2-1.5085-0.336210-1.38151-1.2665解：(1)對于Hg電極有：陰極反應(yīng)：2H++2e=H2有Y=0.796RT???Eec=——111(2//+)2=0.05911g(0.1x0.796)=-0.065(V)nF當(dāng)|ic|二103A/H即lg|ic|=3時有y=E-=-1.6164(V5Sce)+0.065=(-1.6164+0.242)+0.065=-1.311(V)同理有:當(dāng)|ic|=5xl()2A/M時，lg|ic|=2.7時有:y=-1.5780+0.242+0.064=-1.272(V)當(dāng)|ic|=10?時，lg|ic|=2,y=-1.5085+0.242+0.065=-L202(V)當(dāng)|ic|二10時，lg|ic|=1,y=—1.3815+0.242+0.065=—1.080(V)當(dāng)|ic|二1時：lg|ic|=0,3?=—1.2665+0.242+0.065=—0.961(V)對于Pt電極有:2H+2e=H2,當(dāng)H2SO4為Imol/L時Y=0.13RT：.Eec二——ln(2〃+f=0.05911g(2x0.13)=-0.035(V)nF當(dāng)網(wǎng)二5乂10%/耐即lg|ic|=3時有:y=E-Eec=—0.5370(%5由)+0.035=(-0.5370+0.242)+0.035=-0.26(V)當(dāng)|ic|=5x103時，lg|ic|=3.4,y=—0.4991+0.242+0.035=—0.222(V)當(dāng)|ic|二IO?時@?=3,y=-0.4511+0.242+0.035=-0.171(V)當(dāng)|ic|二5x10之時，|g|ic|=2,7,y=—0.3362+0.242+0.035=—0.059(V)當(dāng)|ic|二10?時，lg|ic|=2,y=-0.3362+0.242+0.035=-0.059(V)極化曲線如下：(2)由圖知直線斜率即為Tafel斜率be,截距為氫過電位a。①對于Hg-O.lmol/LHCI有:斜率犬=一1311-(一。.961)=。]]73-0伺斜率bc=-/c=0.117V當(dāng)|ic|取1時有Ye=-0,961V,即氫過電位a=-0.961V???由塔菲爾公式：Ye=-bei°,得：0-0.961=0.1171git0 0 -8c則：lgi=-7.265即i=5.4x10A/m-②對于Pt-lmol/LH2so」有：斜率皿6一976)—]]23.75-3???Ta伺斜率be=。112V當(dāng)|ic|取1時有Ye=0.180V,即氫過電位a=0.180V???由塔菲爾公式：Yc=-/?clgz°,代入有：0.180二-01121gi°得i°=40.46A/m2(3)當(dāng)極化值A(chǔ)E二lOmv時，屬于微極化范疇，由Fanardy方程式：i二n/Rf①對于Hg-O.lmol/LHCI有:Rf=RT/(i°nF)=8.314x298/(96500xl0-7265)=4.755xlO5Qi^q/Rf=0.01/4.755xl05=2.1x108A/m2②對于Pt-lmol/LH2SO4有：Rf=RT/(i°nF)=8.314x298/(96500x101為二6.346xlO“Qif/Rf=0.01/6.346'10“=16A/m?4粕電極在充氧的中性水溶液中進(jìn)行陰極極化，電極表面發(fā)生氧離子化反應(yīng)。利用氧離子化反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)(be=(H10V,/°=1.198x106mAzcm*=1.198x105Azm，計算當(dāng)二7xl0'2mA/cm2W,陰極極化過電位/其中濃度極化過電位n濃和活化極化過電位n活各占多大比例？擴(kuò)散層厚度取3二10-2cm,水中溶解氧濃度為3.2mg/Lo比較氫電極反應(yīng)和氧電極反應(yīng)的陰極極化特征?！〨［八一3解：濃度極化時有：cb= /L=3.2X10-3^/L=-一-g/L=IO-4mol/L32g/mol極限擴(kuò)散電流密度，d= —時代入數(shù)據(jù)，則有：O4x26.8A/m。/xl.9xl0-5xlO'4m2//?x3600xlO_4xlO_3mol/zh3n, ； ； =0.733A/團(tuán)-1O"2x1O--W7匕濃=belg(l--^)=0.110Xlg(l-0%733)=-0.525Vld .活化極化時有：紇活=—〃clg%=—0.110x1g溢需=—0.110xlg(0.58xl()5)=—0.525V???陰極極化的過電位久=>濃+)，活=-0.148+(-0.525)=-0.673V有：W=上曳=一°',x100%=78%?,活以-0.673W、.=^21=~°-148x100%=22%匕-0.673所以氧電極受濃度極化與活化極化共同控制，其中活化極化占大部分，而氫電極主要受活化極化控制。5一個活化極化控制腐蝕體系，陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)的交換電流密度為i；、i；;Tafel斜率為be、ba；腐蝕電位滿足條件E3<<E8?E-

設(shè)加入陰極性緩蝕劑，使陰極反應(yīng)受到抑制，陰極反應(yīng)交換電流密度改變?yōu)?，：)'，假定其他參數(shù)都不改變，此時腐蝕電位負(fù)移到EL,腐蝕電流密度下降到i'p。(1)作加入緩蝕劑前后腐蝕體系的極化曲線圖。(2)用圖解法求腐蝕電流密度的變化「二i'p/ie和腐蝕電位的變化AE=EL-Ecoro解：極化曲線如右圖；由(1)的極化曲線利用圖解法求解得：在△ABC中，1.2直線段位兩平行線，則有：. °CDi CDba=tailp= ,bc=taila= DB AD%。,bc分別為未加入緩蝕劑時陽極反應(yīng)和加入緩蝕劑后陰極反應(yīng)的Tq/b/加入緩蝕劑后陰極反應(yīng)的Tq/b/斜率：ABAD+DBCDABAD+DBAB=(———

、CDCD 1 ADBD)T由圖可知有：)TTOC\o"1-5"\h\z?9 ?0DB=-(lgI心「I-lgIieorI)=(炫人尸,A8=-(lgI<0，|-lgICI)=(1g、)-1lcor lcCD(lg—)-1=(CJD尸x(lgL^r?-.lg￡=廠色廠炮又丁EJ-EyCdOxBD,%"CD!CD匕IIerbe+baIe BDADBD:.\E=E'-E=baxhcxlg=h(，hccorcorba+bc塔ba+bc6一個陽極反應(yīng)受活化極化控制、陰極反應(yīng)受濃度極化控制的腐蝕體系，陰極反應(yīng)的極限擴(kuò)散電流密度為/d,腐蝕電位?為Ecoro由于攪拌使陰極反應(yīng)的極限擴(kuò)散電流密度上升到/＜陽極反應(yīng)參數(shù)不變；腐蝕電位正移到E、。(1)作腐蝕體系的極化曲線圖。(2)用圖解法求腐蝕電位變化AE=E'cor-Ecco解：(工)極化曲線如右圖；(2)由(1)極化曲線可知，在4ABC中AC陽極反應(yīng)的丁研/斜率兒=tana=i0,-AB

i0,-??.腐蝕電位變化△七??.腐蝕電位變化△七=E.互=AC=ABtana=(1g|id'\-1g|id|)tana=baIg第五章思考題:L交換電流密度的概念及意義，與電極反應(yīng)極化性能的關(guān)系；過電位和電極反應(yīng)速度的關(guān)系。動力學(xué)方程的一般表達(dá)式；Ta伺方程式的數(shù)學(xué)形式、圖形表示以及適用條件；極限擴(kuò)散電流密度的計算。答：析氫腐蝕的陰極反應(yīng)是氫離子的還原反應(yīng)，發(fā)生電學(xué)腐蝕的條件是上旗<Eec 發(fā)生析氫腐蝕的體系包括標(biāo)準(zhǔn)電位負(fù)值很大的活潑金屬；Me!jVfe/H- H2l//+大多數(shù)工程上使用的金屬，如Fe在酸性溶液中，正電性的金屬一般不會發(fā)生析氫腐蝕。但是當(dāng)溶液之中含有絡(luò)合劑使金屬離子活度很低時正電性金屬也可能發(fā)生析氫腐蝕。析氫腐蝕的陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)都要受活化極化控制，其電極反應(yīng)的阻力表現(xiàn)為交換電流密度的大小，比較電極反應(yīng)的阻力，則只需比較交換電流密度。因?yàn)闅潆x子還原反應(yīng)受活化極化控制，因此析氫反應(yīng)符合Tafel公式在二a-blg同其中影響析氫反應(yīng)動力的有a值，即與i 有關(guān)，與材料本身及狀態(tài)，環(huán)境PH值等有C關(guān)。所以綜合其影響因素有：pH值，溫度，及溶液中其他組分，金屬本身雜質(zhì)，陰極還原面積，表面狀態(tài)等。.對受氧擴(kuò)散控制的吸氧腐蝕體系，當(dāng)id增加到一定程度，陰極反應(yīng)將由濃度極化控制轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛葮O化與活化極化共同影響。這種控制特征的變化與電極金屬材料有什么關(guān)系？用極化圖進(jìn)行分析。答：在同《id時，D2的還原反應(yīng)受活化極化控制，當(dāng)增加到約;id時，還原反應(yīng)受活化極化與濃度極化共同控制。當(dāng)Id增大到陽極極化曲線的交點(diǎn)，越出了氧化擴(kuò)散控制電位，則自然狀態(tài)下陰極反應(yīng)不再受濃度極化控制，如曲線3所示。與陽極極化曲線的交點(diǎn)在混合控制電位區(qū)間，必須考慮活化極化作用。在分析腐蝕速度的影響因素時，應(yīng)包括氧化極限擴(kuò)散電流密度id和還原反應(yīng)交換電流密度i兩方面。C.(1)在pH=0的除氫硫酸銅溶液中=°"1no"L),銅能否發(fā)生析氫腐蝕生成cu2+?如果能發(fā)生，腐蝕傾向是多少伏？(2)在pH=10的除氧富化鉀溶液中("z=0-5mo"),銅能否發(fā)生析氫腐蝕？如果能發(fā)生,腐蝕傾向是多少伏？設(shè)腐蝕生成的[Cu(CN)2]-離子的活度等于10-4mol/L,已知電極反應(yīng)Cu+2CN-=[Cu(CN)2]-+e的標(biāo)準(zhǔn)電位E0=-0.446Vo解(])由題意可知，銅的氧化反應(yīng)為CU=C〃"+2e查表知，銅電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位上0=0.337V則銅的氧化反應(yīng)的平衡電位為Eea-E°+——In。*/aCu2F=0.337+0.5x0.059x|g0.1=0.3075V又在PH二。的除氧硫酸銅溶液中有2”++2e=H丁析氫反應(yīng)的平衡電位Eec=E°+gina"+/Ph2nF得Eec=-0.0591xPH=-0.0591x0=0V由電位比較準(zhǔn)則知Eea>Eec,所以銅不可能發(fā)生析氫腐蝕生成c〃”。(2)由題意可知,銅的氧化反應(yīng)為CU+2CN-=[Cu(CN)2]一+e該電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位上“二-0.446V則銅氧化反應(yīng)的平衡電位為。RT - - -Eea二石+—In。[Q，(cn)2]/([acn]x[acn])F=-0.446+0.05911g10-4/0.52=-0.647V在PH=10的除氧硫酸銅溶液中有2”-+2e二”：析氫反應(yīng)的平衡電位Eec=-0.0591xPH=-0.0591xl0=-0.591V由電位比較準(zhǔn)則知EeoEea.所以銅能發(fā)生析氫腐蝕。其腐蝕傾向△E=Eec-Eea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV(1)推導(dǎo)氫電極反應(yīng)交換電流密度io與溶液pH值的關(guān)系式。(2)在lmol/L鹽酸溶液中，F(xiàn)e表面上氫電極反應(yīng)的iO=2.5xlO-6A/cm2,在O.Olmol/L鹽酸溶液中Fe表面上氫電極反應(yīng)的iO=？(取Tafel斜率b=0118V)o(3)當(dāng)酸溶液的pH值改變一個單位，氫電極反應(yīng)的Ta伺公式中的a的絕對值lai改變多少伏？解：(1)由「二nF/cexp(-Eec/p)HT兩邊同時去對數(shù)得Inf=ln[nF^7cexp(-Eec//?)]其中Eec二旦"Iga”+=-2.3/7PHnF代入式中得2.3lgf=2.3lg(nF^C“J+(2.3aPPH)/p即ig/二lg(nF/c〃+)+aPH=lg(nF/)-PH+aPH令lg(nF/)二k二常數(shù)，取。=0.5則有|gf=k-PH+0.5PH=k-0.5PH即氫電極反應(yīng)交換電流密度r與溶液ph值的關(guān)系式為Igf=k-0.5PH(2)在lmol/LHCI溶液中：Cw+=1mol/LPH=-\g[H+]=-lgl=0XIgf=k-O.5PHlg(2.5xio-6)=k-0得k二-5.6當(dāng)為O.Olmol/LHCI溶液時1不考慮活度，(Xh+=0.01mol/LPH=-\g[H]=-lg0.01=2Igf=k-0.5PH二-5.6-0.5x2=-6.6i-1066=2.5x10A/cm2②考慮活度系數(shù)，在lmol/LHCI溶液中”-活度系數(shù)為0.809PH=-lg[H+]=-lg0.809=0.092又Igf=k-0.5PHlg(2.5xio-')=k-05x0.092即k=-5.556在QOlmol/LHQ溶液中，活度系數(shù)為0.904PH=-lg[H+]=-lg(9.O4xio-3)=2.044Igf=k-0.5PH二-0.556-0.5x2.044二-6.578f=2.65xioA/cm2即在O.Olmol/LHCI溶液中，不考慮活度系數(shù)/二10*=2.5乂10A/cm2,考慮活度系數(shù)『二2.65xio一：A/cm2o(3)PH值改變一個單位時，a=0.118AIgf又『二(k_0.5pH)_(k_0.5pH')=0.5(pH,-PH)=0.5得|?|=O.118xO.5=O.O59V=59mV即當(dāng)酸溶液PH值改變一個單位,氫電極反應(yīng)Tafel的公式中的a的絕對值時改變59mV。3.鋼制容器用作酸溶液的中間貯槽、與酸溶液接觸的表面積為15m：進(jìn)入貯槽的酸溶液的工藝條件為：pH=2.5,25℃,latm,并含有4.5mg/L的溶解氧,流量實(shí)驗(yàn)測出容器表面的腐蝕電位L=-0.54V(vsSCE)o(1)求鋼容器的腐蝕速度。(2)求流出的酸溶液中的氧含量。擴(kuò)散層厚度取b=5xl0%m。解：(1)析氫反應(yīng)陰極2”++2e=”二Eec=E"+絲ln[a”]x[aH]/Ph2nF=0.0591lg[//■]=0.0591x|gl0f0.148VIg『二-5.602-0.5PH=-5.602-0.5x2.5=-6.852即「二10-""=1.41X10A/cm2〃二Ecor+0.242-Eec=-0.54+0.242一(-0.148)=-0.15VI - ■II,o. .o 0.15/0.118 /.A 0.15/0.11S由〃二-0.118@同〃\ic\-iX10 =1.41X10=2.6xio6A/cm2吸氧反應(yīng)。，+4”++4e-2HOi=nFDCb/8d=4x96500x1.9x10-5(1.41x10-7)/(5^10'3)xio~=2.07x104A/cm2

i-i+ic=2.07x10 +2.6x10cord=2.1x107A/cm2因Vp因Vp=8.76xv/dmm/y,LA所以Vp=8.76/dx—Xf =11FcarV=——xj g/(mh)nFcorH^x2￡x2.1xio-4xio」7.953.6=2.43mm/y(2)氧消耗速度為：(/xS)/(Fn)x60xA=(2.07xl5)/(96500x4)x60x32=0.154g/mind流入酸中的氧流量為0.45g/min所以剩余氧量為0.45-0.154=0.296g/min=2.96mg/min即鋼容器的腐蝕速度為Vp=2.43mm/y,流出的酸溶液中的氧含量為0.296g/min,即為2.96mg/min。第六章1鐵和兩種不銹鋼在除氧的0.5mol/L硫酸溶液中的鈍化參數(shù)列于表1。(在不銹鋼表面上析氫反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)采用鐵的數(shù)據(jù))(1)這三種體系的陽極反應(yīng)電流峰值k分別為多少？(2)如果要由通入氧氣來使鐵和不銹鋼鈍化，溶液中最少需要含有多少氧(mg/L)?表1 三種腐蝕體系的鈍化參數(shù)材料溶液Ep(V)/效(mA/cm2)Fe0.5mol/LHzSOj+0.46200Cr25不銹鋼0.5mol/LH2SO4-0.1825.4Cr25Ni3不銹鋼0.5mol/LH2SO4-0.112.0⑴解：陰極反應(yīng)：2H，+2eOW???Ecc=0.05911gdH+查表可得：當(dāng)硫酸溶液為O.5mol/L時，/=0.154???Eec=0.0591lg0,5x2x0,154=-0.048V又?F="b叫淇中加上J查表可得:a=-0,70V,b=0,125V①,對于Fe:〃=￡/,一￡,=0.46+0.048=0.508V???/=ir=2.17xlO10(A/cm2)故'l?=i致+ic=200xl0-3+2.17x10-1°-2007?a/C，Z7=0.2A/cm2②.對于Cr25不銹鋼：JI=Ep-Eec=-018+0.048=-0.132V=2.86x10A/cm故，"二,致"c.「25.4x10一3+2.86x]Q5k2.53x]0TA/cm2③,對于Cr25Ni3銹鋼：〃=￡/一￡；＜=一0.11+0.048=—0.062VA/=ir=7.87x10"a/cm2CCD故"p'?致"c,=2x10^7.87x106-2x103A/cm2⑵使鐵和不銹鋼鈍化時應(yīng)滿足：ijip查表可得：。=1.9x]q-5CA71/,p-26.8/mol.5=]Q2cm①,對于Fe://02x10-一nFD4x26.8xl.9xJ0-53600x|q'因?yàn)闅浜坎荒苓_(dá)到0.273mol/L,不能使Fe鈍化②.對于Cr25不銹鋼=0.213mol/Lb 2.54x1 1 fC>上二二 - 7x =3.46x10-moI!LnFD4x26.8x1.9x|O-53600x10要使Cr25不銹鋼鈍化，溶液中的氧含量至少應(yīng)為3.46xlO-2mol/L③對于Cr25Ni3不銹鋼：C>——= - —x -=2.73x|Amol/LnFD4x26.8xL9x1023600x|Q"要使Cr25Ni3銹鋼鈍化，溶液中的氧含量至少應(yīng)為2.73xloVnol/L2.如果鈍化體系的真實(shí)陽極化曲線與真實(shí)陰極極化曲線相交產(chǎn)生三個點(diǎn)時，為什么會出現(xiàn)陰極極化電流現(xiàn)象？答：在自然腐蝕狀態(tài)，金屬可能發(fā)生活性溶解腐蝕，也可能鈍化。在陽極極化過程中由于發(fā)生析氧反應(yīng)，使陰極電流密度從而造成i+〈0,表現(xiàn)為陰極電流，所以實(shí)測陽極極化曲線上將出現(xiàn)一段陰極極化電流區(qū)。第七章L金屬表面的膜具有保護(hù)性的條件是什么？(1)體積條件(P-B比)，氧化物體積與消耗的金屬體積之比大于1是氧化膜具有保護(hù)性的必要條件。(2)膜有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，致密，缺陷少，蒸氣壓低。(3)生成的膜有一定的強(qiáng)度和塑性，與基體結(jié)合牢固。否則，由于膜生長過程中體積膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力向能造成膜的破裂和剝離。(4)膜與基體金屬的熱膨脹系數(shù)差異少，在溫度急劇變化時不致造成膜的破裂。2.提高合金抗高溫氧化性能的途徑有哪些？(1)按Hauffe原子價定律，加入適當(dāng)合金元素,減少氧化膜中的缺陷濃度。(2)生成具有良好保護(hù)作用的復(fù)合氧化物膜。(3)通過選擇性氧化形成保護(hù)性優(yōu)良的氧化膜。(4)增加氧化物膜與基體金屬的結(jié)合力。在耐熱鋼和耐熱合金中加入稀土元素

能顯著提高抗高溫氧化性能。3已知PdO在850℃時的分解壓力等于500mmHg,在該溫度下Pd在空氣中和latm氧氣中是否能氧化？解：由題意得：2Pd+O2=2PdO的分解壓力P_500的分解壓力P_500mmHgPd。760mmHg=0.658atm(1)在(850+27315)K時，latm中的自由蛤變化為：△G=RTIn^^=(8.314x(850+273.15)x|n^^)J/rnol=-3909.86J/mol=-3.91kJ/mol因?yàn)槭?latm>P=0.658atmf所以△G=-3.91kJ/mol<0o2 PdO根據(jù)自由烙準(zhǔn)則可知金屬Pd在latmO。中能被氧化。⑵P空氣二。21atmPd在空氣中時有：0.6580.21A,Ppdo0.6580.21△G二RTIn^77T=(8.314x1123.15x|n=10664.7J/mol=10.66kJ/mol因?yàn)锳G〉0,根據(jù)自由焰準(zhǔn)則知Pd在空氣中不能被氧化。4.已知鋅發(fā)生高溫氧化時的P—B比等于1.55,鋅的密度為7.1g/cm\在400℃經(jīng)過120小時氧化，測出增重腐蝕速度為OOGBg/m'hr。鋅試樣表面氧化膜的厚度等于多少？解：由題意得：2Zn+O2=2ZnO…VmeoMd , 、P-B比二 —(Mzno=81A=56)VinenAD1.55=(81x7.1g/cm3)/(lx56xD) (D=5.7g/cm3)又有V-二+/(st)=0.063g/(m2-h)nAme1Z二 V16/77可知V'=△VV-/(st)=(S/?iD)/(St)=0.2559g/(m-h)Zn發(fā)生氧化時減小的質(zhì)量為:△W~=ShD 一Zn減小的厚度)11所以：V_=△vv-/(st)=(S//]D)/(St)=0.2559g/(W?h)h=V-t/d=(0.2559g/"?h)xl20)/(7.1xK|6g/cm)=4.3257xl06m而生成氧化膜即ZnO增加的質(zhì)量為：△W+=ShD-SAD (h—生成氧化膜厚度)+,1+V=(ShD-S/?p/(St)=Vh=(V+t+h)/D6 6 A=(0.063x120+4.3257x10x7,1x10)/(5.7xl06)m=6.714xl06m即生成氧化膜的厚度為6.714xl06mo第八章1.氯離子活度對四種不銹鋼的擊穿點(diǎn)位Eb的影響分別為：Crl7Eb=-0.084lgaCr+0,020(V)Crl8Ni9Eb=-0.115IgaCl'+0.247(V)Crl7M12M02.5Eb=-0.068IgaCl"+0.49=0,48(v)(V)Cr26M01Eb=-0.198lgaCr+0,485(V)排出在弱的NaCI溶液和2mol/LNaCI溶液中這4種不銹鋼的耐腐蝕性能的順序。解：⑴在2mol/L的NaCI溶液中有：「二067aa-=C(CI)r=2x0.67=1.34mol/L「?Crl7Eb=-OO84lgaCr+O.O2O=9.32xlO-3(v)Crl8Ni9Eb=-0.115IgaCl-+0,247=0,232(v)Crl7M12M02.5Eb=-0.068IgaCI+0.49=0.48(v)Cr26M01Eb=-0.198lgaCr+0.485=0.4598(v)因?yàn)閾舸c(diǎn)位越正，材料的耐腐蝕性越好，故在2mol/L的NaCI溶液中4種不銹鋼的耐腐蝕性能的順序由強(qiáng)到弱分別是：Crl7M12M02.5>Cr26M01>Crl8Ni9>Crl7(2).在現(xiàn)的的NaCI溶液中有：X設(shè)在100克水中溶有x克NaCI即一--X100%=3%A+100Y2AQ/52AA解得x=3.09g,所以。=一=… =O.5mol/LM0.13 097[Cl~]=-x—：__-molIL=0.347m。//L58.4497x10-3查表知「二0.675acr=[Cl~]xr=O.513xO.675inol/L=0.341mol/LCrl7Eb=-0.084lg0.347+0.020=0.059(v)Crl8Ni9Eb=-0.115