金屬腐蝕理論及腐蝕控制答案

1、金屬腐蝕理論及腐蝕控制（跟著劍哥走，有肉吃。）習(xí)題解答第 一 章1. 根據(jù)表1中所列數(shù)據(jù)分別計(jì)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- 和年腐蝕深度Vp，并進(jìn)行比較，說(shuō)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% HNO3，25°C試樣材料碳 鋼鋁矩形薄板試樣尺寸(mm)20´40´330´40´5腐蝕前重W0(g)18.715316.1820浸泡時(shí)間t (hr)4545腐蝕后重W1(g)18.673916.1347解：由題意得：（1）對(duì)碳鋼在30%HNO3( 25)中有：V=W/st=(1

2、8.7153-18.6739)/45×2×(20×4020×340×30)×0.000001=0.4694g/ mh又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2hVp=8.76V/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y對(duì)鋁在30%HNO3(25)中有：V=W鋁/st=(16.1820-16.1347)/2×(30×4030×540×5)×45×10-6 =0.3391g/hd=m鋁/v=16.18

3、20/30×40×5×0.001=2.697g/cm3說(shuō)明：碳鋼的V比鋁大，而Vp比鋁小，因?yàn)殇X的密度比碳鋼小。（2）對(duì)不銹鋼在20%HNO3( 25)有：表面積S=2×2×0.015×0.004=0.00179 m2V=W/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2h試樣體積為：V=×1.52×0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3Vp=8.76V/d=8.76×0.08715/7.901=0.

4、097mm/y對(duì)鋁有：表面積S=2×2×0.02×0.005=0.00314 m2V=W/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2h試樣體積為：V=××0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3Vp=8.76V/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y試樣在98% HNO3(85)時(shí)有：對(duì)不銹鋼：V=W/st=(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2hVp=8.76V/

5、d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y對(duì)鋁：V=W/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2hVp=8.76V/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y說(shuō)明：硝酸濃度溫度對(duì)不銹鋼和鋁的腐蝕速度具有相反的影響。3. 鎂在0.5mol/L NaCl 溶液中浸泡100小時(shí)，共放出氫氣330cm3。試驗(yàn)溫度25°C，壓力760mmHg；試樣尺寸為20´20´0.5 (mm)的薄板。計(jì)算鎂試樣的失重腐蝕速度Vp。（在25°C時(shí)水的飽和蒸汽壓為23.8m

6、mHg）解：由題意得：該試樣的表面積為：S=2×(20×2020×0.520×0.5)×=840× m2壓力P=760mmHg-23.8 mmHg =736.2 mmHg=98151.9Pa根據(jù)PV=nRT 則有放出的氫氣的物質(zhì)的量為：n=PV/RT=98151.9×330×/8.315×(25273.15)=0.01307mol又根據(jù)Mg 2 > Mg腐蝕的量為n(Mg)=0.01307mol所以：V=nM(Mg)/St=0.01307×24.3050/840××10

7、0=3.7817 g/ m2h查表得：dMg=1.74 g/cm3有： Vp=8.76V/d=8.76×3.7817/1.74=19.04mm/y4. 表面積4cm2的鐵試樣，浸泡在5%鹽酸溶液中，測(cè)出腐蝕電流為Icor = 0.55mA。計(jì)算鐵試樣的腐蝕速度V- 和Vp。解：由題意得：根據(jù)V=A/nF=icor可知V=（A/nF）Icor/s=55.845×0.55×0.001/2×26.8×4×0.0001=1.4326g/ m2h查表得d(Fe)=7.8g/ cm3Vp=8.76V/d=8.76×1.4326/7.8=

8、1.61mm/y即鐵試樣的腐蝕速度V=1.4326 g/*h Vp=1.61mm/y第 二 章1. 將銅片和鋅片插在3%NaCl 溶液中，測(cè)得銅片和鋅片未接通時(shí)的電位分別為 +0.05V和 0.83V。當(dāng)用導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)電流表把銅片和鋅片接通，原電池開(kāi)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200W。(1) 原電池工作后陽(yáng)極和陰極的電位差Ec Ea = ？(2) 陽(yáng)極極化值 DEa與陰極極化值DEc的絕對(duì)值之和 DEa + ½DEc ½等于多少?(3) 如果陽(yáng)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(jì)，那么電

9、流達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，陽(yáng)極與陰極的電位差Ec Ea、陽(yáng)極極化值與陰極極化值的絕對(duì)值之和 DEa + ½DEc ½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 則有：Ec-Ea=IR=0.51mA×200歐=30mV=0.03V即原電池工作后陽(yáng)極和陰極的電壓差Ec-Ea=0.03V（2）：Ea=Ea-Eoa |Ec|=Eoc-EcEa|Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.050.83-0.03=0.85V即陽(yáng)極極化值Ea與陰極極化值Ec的絕對(duì)值之和為0.85V。（3）：如果陽(yáng)極和陰極都不極化，則有Pc=0

10、 ，Pa=0Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.050.83)/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(shí)有，陽(yáng)極與陰極的電位差 Ec=Ea，則有：電位差Ec-Ea=0由（2）知：Ea|Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-EcEa-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/0.15×=5666.7I=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.050.83)/5666.7=0.000155A2. 某腐蝕體系的參數(shù)為： E 0a = -0.4V，E0c = 0.8

11、V，Ecor = -0.2V。當(dāng)R = 0時(shí)，Icor = 10mA，該腐蝕電池屬于什么控制類(lèi)型？如果歐姆電阻R = 90W，那么I¢cor =？ 腐蝕電池又屬于什么控制類(lèi)型？解：由題可知：當(dāng)R=0時(shí)有：Icor=(Eoc-Eoa)/ （Pc+Pa）Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/10×=120Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.80.2)/10×=100則有 Pa=120-100=20因?yàn)镻c>>Pa，所以該電池屬于陽(yáng)極極化控制。當(dāng)歐姆電阻R=90時(shí)有：=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)

12、/(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(yáng)極極化共同控制。第 三 章 1. 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°C (取Po2 =1atm，pH = 7)。(2) 氧壓力增大到原來(lái)的10倍 (溫度25°C)。(3) 溶液pH值下降1單位 (溫度25°C)。解：在中性溶液中，陰極的反應(yīng)為：O2+2H2O+4=4OH-其平衡位則為Ee=E0（OH-/O2）+(Po2/-)（1） 當(dāng)溫度升高10后有：Ee = E0（OH-/O2）+×(Po2/-)=E+(Po2/)+ Po2/-則平衡電位變化

13、量Ee1= Ee- Ee=(Po2/-)=Po2-又因=2.3lg ，則有l(wèi)g=pH14 所以：Ee1=10×8.314/(4×96500) ×Po2-10×8.314/(4×96500)×4×2.3×(7-14) =0+0.01387=0.0139V>0即：溫度升高10后平衡電位正移0.0139V。（2） 當(dāng)氧壓力增加到原來(lái)的10倍時(shí)=E(10Po2/)=Eln10(Po2/-)E2= EeEe =ln10 =(8.314×298.15)/(4×96500)×2.3 =0.01

14、48V>0即氧壓力增大到原來(lái)的10倍時(shí)有氧電極平衡電位正移0.0148V（3） 當(dāng)溶液pH值下降1時(shí)有=E(Po2/-)=Eln Po2-E3= EeEe=Eln Po2(Eln Po2)=2.3(14)2.3(pH14) =×2.3=0.0591V>0即pH值下降1個(gè)單位，氧電壓反應(yīng)平衡電位正移0.0591V。2. 將鐵置于飽和空氣的堿溶液(pH = 10)中，按陽(yáng)極反應(yīng)為(1) Fe + Fe2+ + 2e(2) Fe + 2OH- = Fe(OH)2 + 2e計(jì)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：O2+2H2O+4=4Ee

15、=E0（OH-/O2）+(Po2/-) =0.401lg(0.21/) =0.627V(1) 當(dāng)陽(yáng)極反應(yīng)為Fe=2有2=Fe(OH)2查得Ksp Fe(OH)2=1.87×a()=Ksp Fe(OH)/a=1.87×/=1.87×mol/L由：Fe=2又有Eea= -0.4400.02955lg a() = -0.4400.02955lg1.8× = -0.639V（2）當(dāng)陽(yáng)極反應(yīng)為 Fe2=Fe(OH)22查表有=-0.875V OH= mol/LEe=E0 +(1/a) = -0.875(8.315×298.15)/(2×9650

16、0)×2×2.3lg = -0.639V綜上則有兩種計(jì)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0.01mol/L CuSO4溶液和0.5mol/L CuSO4溶液，組成一個(gè)金屬離子濃差電池。(1) 哪一根銅棒是陽(yáng)極，哪一根銅棒是陰極？(2) 寫(xiě)出陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，計(jì)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0.01 mol/LCuSO4溶液中時(shí)有：Cu=2 查表得：()=0.41又根據(jù)=E0a() =0.337lg(0.01×0.41)=0.266V當(dāng)銅棒在0.5mol/LCuSO4溶液中時(shí)有：()=0.0668=

17、 E0a()=0.337lg(0.5×0.0668) =0.293V因?yàn)?lt;，即銅在0.01 mol/LCuSO4溶液中的電位比在0.5mol/LCuSO4溶液中電位低。故有銅在0.01 mol/LCuSO4溶液中作陽(yáng)極，而在0.5mol/LCuSO4溶液中的銅棒作陰極。（2）陽(yáng)極反應(yīng)：Cu=2其平衡電位Eea=0.266V陰極反應(yīng)2=Cu ，其平衡電位=0.293V（3）Eec= =0.293V而Eea= 0.266V有腐蝕傾向EecEea=0.2930.266=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

18、除氧酸溶液中，經(jīng)過(guò)50h試驗(yàn)，測(cè)得了鐵樣品的損失質(zhì)量為0.1g，已知在鐵的表面上析氧反應(yīng)符合Tafel公式=-0.64-0.125lg|i|，的單位為V，i的單位為A/cm2 ，試計(jì)算：（1） 樣品厚度的減少h(mm);（2） 鐵電流的腐蝕電流密度icor(A/m2);（3） 鐵試樣的腐蝕電位Ecor。 解：（1） 根據(jù)失重腐蝕V- = Vp=8.76=8.76×1/7.8=1.12 mm/y 有h=Vp.t=1.12×50/(365×24)=0.0064mm 即樣品的厚度加少量為0.0064mm (2)根據(jù)可知有： =陰極反應(yīng) 2H+2e=H2 當(dāng)pH=1時(shí)其平

19、衡電位Eec=-0.0591pH= -0.0591×1= -0.059 (V) 在腐蝕電位下，陰極反應(yīng)過(guò)電位： hc = Ecor Eec = -0.64 0.125 lgicor (V) 所以Ecor = -0.64 0.125 lgicor + Eec = -0.64 0.125×（lg0.9606×10-4）0.059 = -0.707V (vs SHE) = -0.707V 0.242 = 0.949 (vs SCE) 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，擴(kuò)散系數(shù)為D=1.9×10-5 cm2 /s,Zn的

20、原子量為65.4）。解：由題知有：在海水中陰極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e=4OH- 在穩(wěn)定條件時(shí)有：|ic|=Nf|=nFD當(dāng)減小到零時(shí)有| ic |=id=nFD =4×26.8A.h/mol×1.9×10-5 cm2/s× = 4×26.8×1.9×10-5×3.2×10-3/(32×10-4)×3600×10×10-3 =0.7332A/m2 icor=id=0.7332A/m2 查表得dZn=7.1g/cm3 Zn-2e=Zn2+ 有腐蝕深度Vp=8.76

21、 失重腐蝕速度:V-=3 對(duì)如下兩個(gè)電極系統(tǒng)：(a) Hg0.1mol/L HCl(b) Pt1mol/L H2SO4分別進(jìn)行陰極極化，測(cè)量數(shù)據(jù)列于表1。要求：(1) 分別畫(huà)出在汞電極上和鉑電極上析氫反應(yīng)的陰極極化過(guò)電位曲線(xiàn)。(2)圖上求Tafel斜率bc和交換電流密度i0。(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(gè)電極的極化性能。 表1 陰極極化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) (25°C)極化電流密度½ic½極化電位E (V, vs SCE)(A/m2)Hg電極Pt電極5×103-0.53702.5×103-0.

22、4991103-1.6164-0.45115×102-1.5780-0.4040102-1.5085-0.336210-1.38151-1.2665解：（1）對(duì)于Hg電極有：陰極反應(yīng)：2H+2e-=H2 有Y=0.796Eec=當(dāng)|ic|= A/ 即lg|ic|=3時(shí)有 同理有：當(dāng)|ic|=A/時(shí)，lg|ic|=2.7時(shí)有：當(dāng)|ic|=時(shí)，lg|ic|=2, 當(dāng)|ic|=10時(shí)，lg|ic|=1, 當(dāng)|ic|=1時(shí)，lg|ic|=0, 對(duì)于Pt電極有:2H+2e=H2, 當(dāng)H2SO4 為1mol/L時(shí)Y=0.13Eec=當(dāng)|ic|=5×103A/ 即lg|ic|=3時(shí)有:

23、當(dāng)|ic|=5×103時(shí)，lg|ic|=3.4, 當(dāng)|ic|=103時(shí)，lg|ic|=3, 當(dāng)|ic|=時(shí)，lg|ic|=2.7, 當(dāng)|ic|=時(shí)，lg|ic|=2, 極化曲線(xiàn)如下：(2) 由圖知直線(xiàn)斜率即為T(mén)afel斜率bc，截距為氫過(guò)電位a。對(duì)于Hg-0.1mol/LHCl有：斜率Tafel斜率bc=-=0.117V當(dāng)|ic|取1時(shí)有= -0.961V，即氫過(guò)電位a= -0.961V由塔菲爾公式： ，得：-0.961= 0.117lg i0 則：lg i0 =-7.265 即i0 =5.4×10-8 A/m2對(duì)于Pt-1mol/L H2SO4 有：斜率Tafel斜率bc

24、=0.112 V當(dāng)|ic|取1時(shí)有= 0.180V，即氫過(guò)電位a= 0.180V由塔菲爾公式： ， 代入有：0.180= -0.112lg i0得=40.46A/ m2(3 ) 當(dāng)極化值E=10mv時(shí)，屬于微極化范疇，由Fanardy方程式 ：i=/Rf對(duì)于Hg-0.1mol/LHCl有：Rf=RT/（i0nF）=8.314×298/（96500×10-7.265）=4.755×105iHg=/Rf =0.01/4.755×105 =2.1×10-8 A/m2對(duì)于Pt-1mol/L H2SO4 有：Rf=RT/（i0nF）=8.314×

25、;298/（96500×101.607）=6.346×10-4iPt=/Rf =0.01/6.346×10-4=16 A/m24. 鉑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(dòng)力學(xué)參數(shù)(bc = 0.110V，i0 = 1.198×10-6 mA/cm2 = 1.198×10-5A/m2)，計(jì)算當(dāng)½ic½= 7×10-2 mA / cm2時(shí)，陰極極化過(guò)電位h，其中濃度極化過(guò)電位h濃和活化極化過(guò)電位h活各占多大比例？擴(kuò)散層厚度取d = 10-2cm，水中溶解氧濃度為3.2mg

26、/L。比較氫電極反應(yīng)和氧電極反應(yīng)的陰極極化特征。解： 濃度極化時(shí)有：極限擴(kuò)散電流密度時(shí)代入數(shù)據(jù)，則有：活化極化時(shí)有：陰極極化的過(guò)電位有：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(gè)活化極化控制腐蝕體系，陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)的交換電流密度為、；Tafel斜率為bc、ba；腐蝕電位滿(mǎn)足條件Eea<<Ecor<<Eec。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)椤＜俣ㄆ渌麉?shù)都不改變，此時(shí)腐蝕電位負(fù)移到E¢cor，腐蝕電流密度下降到i¢cor。(1) 作加入緩蝕劑前后腐蝕體系的極

27、化曲線(xiàn)圖。(2) 用圖解法求腐蝕電流密度的變化r = i¢cor / icor和腐蝕電位的變化DE = E¢cor Ecor。解：極化曲線(xiàn)如右圖；由（1）的極化曲線(xiàn)利用圖解法求解得：在ABC中，1.2直線(xiàn)段位兩平行線(xiàn)，則有：,分別為未加入緩蝕劑時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)和加入緩蝕劑后陰極反應(yīng)的斜率：根據(jù)由圖可知有：6. 一個(gè)陽(yáng)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id，腐蝕電位為Ecor。由于攪拌使陰極反應(yīng)的極限擴(kuò)散電流密度上升到i¢d，陽(yáng)極反應(yīng)參數(shù)不變；腐蝕電位正移到E¢cor。(1) 作腐蝕體系的極化曲線(xiàn)圖。(2 ) 用

28、圖解法求腐蝕電位變化DE = E¢cor Ecor。解：（1）極化曲線(xiàn)如右圖；（2）由（1）極化曲線(xiàn)可知，在ABC中 陽(yáng)極反應(yīng)的斜率第 五 章思考題：1.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(guò)電位和電極反應(yīng)速度的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)方程的一般表達(dá)式；Tafel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(jì)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<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；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(huì)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(shí)正電性金屬也可能

29、發(fā)生析氫腐蝕。析氫腐蝕的陰極反應(yīng)和陽(yáng)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:=a-blg 其中影響析氫反應(yīng)動(dòng)力的有a值，即與 有關(guān)，與材料本身及狀態(tài)，環(huán)境PH值等有關(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。2. 對(duì)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id時(shí)，D2的還

30、原反應(yīng)受活化極化控制，當(dāng)增加到約id時(shí)，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(yáng)極極化曲線(xiàn)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(xiàn)3所示。與陽(yáng)極極化曲線(xiàn)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(shí)，應(yīng)包括氧化極限擴(kuò)散電流密度id和還原反應(yīng)交換電流密度兩方面。3. (1) 在pH = 0的除氧硫酸銅溶液中()，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的除氧氰化鉀溶液中()，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10-4

31、mol/L，已知電極反應(yīng) Cu + 2CN- = Cu(CN)2- + e的標(biāo)準(zhǔn)電位E0 = -0.446V。解（1）由題意可知，銅的氧化反應(yīng)為Cu=2e 查表知，銅電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位=0.337V則銅的氧化反應(yīng)的平衡電位為Eea=ln/Cu =0.3370.5×0.059×lg0.1 =0.3075V又在PH=0的除氧硫酸銅溶液中有22e = 析氫反應(yīng)的平衡電位Eec=ln/PH2得Eec=0.0591×PH=-0.0591×0=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。（2）由題意可知，銅的氧化反應(yīng)為 Cu2=e該電極

32、反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位=-0.446V則銅氧化反應(yīng)的平衡電位為Eea=ln /( × ) =-0.4460.0591lg/ =-0.647V在PH=10的除氧硫酸銅溶液中有22e = 析氫反應(yīng)的平衡電位Eec=0.0591×PH=-0.0591×10=-0.591V由電位比較準(zhǔn)則知Eec>Eea，所以銅能發(fā)生析氫腐蝕。其腐蝕傾向E=EecEea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV2. (1) 推導(dǎo)氫電極反應(yīng)交換電流密度i0與溶液pH值的關(guān)系式。(2) 在1mol/L鹽酸溶液中，F(xiàn)e表面上氫電極反應(yīng)的i0 = 2.5×10-6A/cm2，

33、在0.01mol/L 鹽酸溶液中Fe表面上氫電極反應(yīng)的i0 = ?(取Tafel斜率b = 0.118V)。(3) 當(dāng)酸溶液的pH值改變一個(gè)單位，氫電極反應(yīng)的Tafel公式中的a的絕對(duì)值½a½改變多少伏？解：（1）由=nFexp(-Eec/)兩邊同時(shí)去對(duì)數(shù)得ln=lnnFexp(-Eec/)其中Eec=lg=-2.3PH代入式中得2.3 lg=2.3lg(nF)(2.3PH)/ 即lg= lg(nF)PH = lg(nF)PHPH令lg(nF)=k=常數(shù)，取=0.5則有l(wèi)g=kPH0.5PH= k0.5PH即氫電極反應(yīng)交換電流密度與溶液PH值的關(guān)系式為lg=k0.5PH（2

34、）在1mol/L HCl溶液中：=1 mol/L PH=- lg=-lg1=0又lg=k0.5PH lg(2.5×)=k0 得k=-5.6當(dāng)為0.01mol/L HCl溶液時(shí)不考慮活度，H+ =0.01 mol/L PH=- lg=-lg0.01=2lg=k0.5PH =-5.6-0.5×2=-6.6=2.5×A/cm2考慮活度系數(shù)，在1mol/L HCl溶液中活度系數(shù)為0.809PH=-lg=-lg0.809=0.092又lg=k0.5PHlg(2.5×)=k05×0.092即k=-5.556在0.01mol/L HCl溶液中，活度系數(shù)為0.

35、904PH=-lg=-lg(9.04×)=2.044lg=k0.5PH =-0.556-0.5×2.044 =-6.578=2.65× A/cm2即在0.01mol/L HCl溶液中，不考慮活度系數(shù)=2.5× A/cm2，考慮活度系數(shù)=2.65× A/cm2。（3）PH值改變一個(gè)單位時(shí)，=0.118lg又 lg=( k0.5pH)(k0.5 pH) =0.5(pHPH)=0.5得 =0.118×0.5=0.059V=59mV即當(dāng)酸溶液PH值改變一個(gè)單位，氫電極反應(yīng)Tafel的公式中的a的絕對(duì)值改變59mV。3. 鋼制容器用作酸溶液的中

36、間貯槽，與酸溶液接觸的表面積為15m2，進(jìn)入貯槽的酸溶液的工藝條件為：pH = 2.5，25°C，1atm，并含有4.5mg/L 的溶解氧，流量0.1m3/min。實(shí)驗(yàn)測(cè)出容器表面的腐蝕電位Ecor = -0.54V(vsSCE)。(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d = 5×10-3cm。解：（1）析氫反應(yīng) 陰極22e = Eec=ln×/PH2 =0.0591lg=0.0591×lg=-0.148Vlg=-5.6020.5PH=-5.602-0.5×2.5=-6.852即=1.41× A/c

37、m2=Ecor0.242-Eec=-0.540.242(-0.148)=-0.15V由=-0.118lg/ =×=1.41× =2.6× A/cm2吸氧反應(yīng)4e=2O=nFD/=4×96500×1.9×(1.41×)/(5×)×=2.07× A/cm2= =2.07×2.6×=2.1× A/cm2因Vp=8.76×/d mm/y ， =× g/(h)所以Vp= 8.76/d××= ××2.1×&#

38、215; =2.43 mm/y（2）氧消耗速度為：(×S)/(Fn)×60×A=(2.07×15)/(96500×4)×60×32= 0.154 g/min流入酸中的氧流量為0.45 g/min所以剩余氧量為0.450.154=0.296 g/min=2.96 mg/min即鋼容器的腐蝕速度為Vp=2.43 mm/y，流出的酸溶液中的氧含量為0.296 g/min，即為2.96 mg/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(dòng)力學(xué)參數(shù)采用鐵的數(shù)據(jù))（1

39、）這三種體系的陽(yáng)極反應(yīng)電流峰值ip分別為多少？（2）如果要由通入氧氣來(lái)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)i致 (mA/cm2)Fe0.5mol/L H2SO4+0.46200Cr25不銹鋼0.5mol/L H2SO4-0.1825.4Cr25Ni3不銹鋼0.5mol/L H2SO4-0.112.0（1）解：陰極反應(yīng)：2H+ + 2e H2查表可得：當(dāng)硫酸溶液為0.5mol/L時(shí)，=0.154Eec=0.0591lg0.5´2´0.154= 0.048V又blg,其中=查表可得：a=-0.70V, b=

40、0.125V.對(duì)于Fe：=2.17´10-10 (A/c m2)故+=200´+2.17´200=0.2 A/c m2. 對(duì)于Cr25不銹鋼：=2.86´10-5 A/c m2故+=25.4´+2.86´ 2.53 ´ A/c m2. 對(duì)于Cr25Ni3銹鋼: =7.87´10-6 A/c m2故+=2´+7.87´2´ A/c m2(2) 使鐵和不銹鋼鈍化時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足：查表可得：. 對(duì)于Fe：=因?yàn)檠鹾坎荒苓_(dá)到0.273mol/L,不能使Fe鈍化. 對(duì)于Cr25不銹鋼=要使Cr25不銹

41、鋼鈍化，溶液中的氧含量至少應(yīng)為3.46´10-2 mol/L. 對(duì)于Cr25Ni3不銹鋼：=要使Cr25Ni3銹鋼鈍化，溶液中的氧含量至少應(yīng)為2.73´10-3mol/L2. 如果鈍化體系的真實(shí)陽(yáng)極化曲線(xiàn)與真實(shí)陰極極化曲線(xiàn)相交產(chǎn)生三個(gè)點(diǎn)時(shí)，為什么會(huì)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(yáng)極極化過(guò)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(cè)陽(yáng)極極化曲線(xiàn)上將出現(xiàn)一段陰極極化電流區(qū)。第 七 章1.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

42、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(zhǎng)過(guò)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(shí)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(jià)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(guò)選擇性氧化形成保護(hù)性?xún)?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°C時(shí)

43、的分解壓力等于500mmHg，在該溫度下Pd在空氣中和1atm氧氣中是否能氧化？解：由題意得：2PdO2=2PdO的分解壓力=0.658atm（1）在（850273.15）K時(shí)，1atm中的自由焓變化為： G=RTln=(8.314×(850273.15)×ln)J/mol =-3909.86 J/mol =-3.91kJ/mol因?yàn)?1atm>=0.658atm ，所以G=-3.91kJ/mol<0根據(jù)自由焓準(zhǔn)則可知金屬Pd在1atmO2中能被氧化。（2）P空氣=0.21 atmPd在空氣中時(shí)有： G= RTln=(8.314×1123.15

44、5;ln) =10664.7 J/mol =10.66kJ/mol因?yàn)镚0，根據(jù)自由焓準(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(shí)的PB比等于1.55，鋅的密度為7.1g/cm3。在400°C經(jīng)過(guò)120小時(shí)氧化，測(cè)出增重腐蝕速度為0.063g/m2×hr。鋅試樣表面氧化膜的厚度等于多少？解：由題意得：2ZnO2=2ZnOP-B比= = （Mzno=81 A=56）1.55=(81×7.1g/cm3)/(1×56×D) （D=5.7g/cm3）又有= /(st)=0.063 g/( m2·h) 根據(jù)= 可知=/(st)= (

45、SD)/(St)=0.2559g/(·h)Zn發(fā)生氧化時(shí)減小的質(zhì)量為: =SD （Zn減小的厚度）所以：=/(st)= (SD)/(St) =0.2559g/(m2·h)h=t/d=(0.2559g/(·h)×120)/(7.1×106g/cm3)=4.3257×106m而生成氧化膜即ZnO增加的質(zhì)量為：=ShDS D （h生成氧化膜厚度）=(ShDSD)/(St)= h=(th)/D=(0.063×1204.3257×106×7.1×)/(5.7×106)m=6.714×1

46、06 m即生成氧化膜的厚度為6.714×106 m。第八章1. 氯離子活度對(duì)四種不銹鋼的擊穿點(diǎn)位Eb的影響分別為：（1）Cr17 Eb=-0.084lgaCl-+0.020(V) （2）Cr18Ni9 Eb=-0.115 lgaCl- +0.247(V)（3）Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lgaCl- +0.49=0.48(v) (V) （4）Cr26M01 Eb=-0.198lgaCl- +0.485(V) 排出在3%的NaCl溶液和2mol/LNaCl溶液中這4種不銹鋼的耐腐蝕性能的順序。 解：（1） 在2mol/L的NaCl溶液中有： r=0.67 a Cl-=

47、 C(Cl-)r= Cr17 Eb=-0.084lgaCl-+0.020=(v) Cr18Ni9 Eb=-0.115 lgaCl- +0.247=0.232(v) Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lgaCl- +0.49=0.48(v) Cr26M01 Eb=-0.198lgaCl- +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NaCl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： Cr17M12M02.5> Cr26M01>Cr18Ni9 > Cr17 （2）. 在3%的的NaCl溶液中有:設(shè)在100克水中溶有x克NaCl 即 解得 ，所以查表知r=0.675 Cr17 Eb=-0.084lg0.347+0.020=(v) Cr18Ni9 Eb=-0.115 lg0.347 +0.247=0.300(v) Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lg0