金屬腐蝕學(xué)習(xí)題

1、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Vh，并進(jìn)行比較，說明兩種腐蝕速度表示方法的差別。 試試 驗(yàn)驗(yàn) 介介 質(zhì)質(zhì)30% HNO3，25 C試樣材料試樣材料碳碳 鋼鋼鋁鋁矩形薄板試樣尺寸矩形薄板試樣尺寸(mm)20 40 330 40 5腐蝕前重腐蝕前重W0(g)18.715316.1820浸泡時(shí)間浸泡時(shí)間t (hr)4545腐蝕后重腐蝕后重W1(g)18.673916.1347表表1 碳鋼和鋁在硝酸中的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)碳鋼和鋁在硝酸中的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)2. 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25C

2、，壓力760mmHg；試樣尺寸為20200.5 (mm)的薄板。計(jì)算鎂試樣的失重腐蝕速度Vh。（在25C時(shí)水的飽和蒸汽壓為23.8mmHg）Mg=1.74 g/cm33. 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(jì)算鐵試樣的腐蝕速度V- 和Vh。1.（1）對碳鋼在）對碳鋼在30%HNO3( 25)中有：中有：V=W/st=(18.7153-18.6739)/452(2040203403)0.000001=0.4694g/ m2h又有又有=m/V=18.7154/20400.003=7.798g/cm2hVh=8.76V/ =8.760.4694/

3、7.798=0.53mm/a對鋁在對鋁在30%HNO3(25)中有：中有：V=W鋁鋁/st =(16.1820-16.1347)/2(3040305405)4510-6 =0.3391g/h =m鋁鋁/V=16.1820/304050.001=2.697g/cm3Vh=8.76V/ =8.760.3391/2.697=1.101mm/a說明：碳鋼的說明：碳鋼的V比鋁大，而比鋁大，而Vh比鋁小，因?yàn)殇X的密度比碳鋼小。比鋁小，因?yàn)殇X的密度比碳鋼小。2. 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25C，壓力760mmHg；試樣尺寸為20200.5 (mm

4、)的薄板。計(jì)算鎂試樣的失重腐蝕速度Vh。（在25C時(shí)水的飽和蒸汽壓為23.8mmHg）解：由題意得：該試樣的表面積為：S=2(2020200.5200.5)10-6=84010-6 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=98151.9330/8.315(25273.15)=0.01307mol又根據(jù)Mg 2 H = Mg 2+ +H2 Mg腐蝕的量為n(Mg)=0.01307mol所以：V=nM(Mg)/St=0.0130724.3050/84010-6100=3.7817 g/

5、m2h有： Vh=8.76V/ =8.763.7817/1.74=19.04mm/y3. 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(jì)算鐵試樣的腐蝕速度V- 和Vh。解：由題意得：解：由題意得：根據(jù)根據(jù)V=M/ZFicor可知可知V=（M/ZF）Icor/S=55.8450.550.001/226.840.0001=1.4326g/ m2h查表得查表得 (Fe)=7.8g/ cm3Vh=8.76V/d=8.761.4326/7.8=1.61mm/a 4.將銅片和鋅片插在將銅片和鋅片插在3%NaCl 溶液中，測得銅片和鋅片未接通時(shí)的電位溶液中，測得銅

6、片和鋅片未接通時(shí)的電位分別為分別為 +0.05V和和 0.83V。當(dāng)用導(dǎo)線通過電流表把銅片和鋅片接通，。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。已知電路的歐姆電阻為電阻為200 。求：。求：原電池工作后陽極和陰極的電位差原電池工作后陽極和陰極的電位差Ec Ea = ？陽極極化值陽極極化值 Ea與陰極極化值與陰極極化值 Ec的絕對值之和的絕對值之和 Ea + Ec 等于多少等于多少?如果陽極和陰極都不極化，電流表指示應(yīng)為多少？如果陽極和陰極都不極化，電流表指示應(yīng)為多少？如果使用零電阻電流表，且溶

7、液電阻可以忽略不計(jì)，那么電流達(dá)到穩(wěn)如果使用零電阻電流表，且溶液電阻可以忽略不計(jì)，那么電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，陽極與陰極的電位差態(tài)后，陽極與陰極的電位差Ec Ea、陽極極化值與陰極極化值的絕對、陽極極化值與陰極極化值的絕對值之和值之和 Ea + Ec 等于多少？電流表的指示又為多少？等于多少？電流表的指示又為多少？解：由題意得：解：由題意得：（1）：根據(jù)）：根據(jù)Ec-Ea=IR 則有：則有：Ec-Ea=IR=0.15mA200歐歐=30mV=0.03V即原電池工作后陽極和陰極的電壓差即原電池工作后陽極和陰極的電壓差Ec-Ea=0.03V（2）：）：Ea=Ea-Eoa |Ec|=Eoc-EcEa|Ec|=

8、Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)=0.050.83-0.03=0.85V即陽極極化值即陽極極化值Ea與陰極極化值與陰極極化值Ec的絕對值之和為的絕對值之和為0.85V。（3）：如果陽極和陰極都不極化，則有）：如果陽極和陰極都不極化，則有Pc=0 ，Pa=0Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.050.83)/200=0.0044A=4.4mA即電流表指示應(yīng)為即電流表指示應(yīng)為4.4mA。（4）：當(dāng)使用零電阻電流表時(shí)有，陽極與陰極的電位差）：當(dāng)使用零電阻電流表時(shí)有，陽極與陰極的電位差 Ec=Ea，則有：電，則有：電位差位差Ec-Ea=0由（由（2）知：）知：Ea|E

9、c|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88VPc+Pa=(Eoc-EcEa-Eoa)/ Icor=(0.88-0.03)/（0.1510-3）=5666.7I=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.050.83)/5666.7=0.000155A5. 某腐蝕體系的參數(shù)為： E 0a = -0.4V，E0c = 0.8V，Ecor = -0.2V。當(dāng)R = 0時(shí)，Icor = 10mA，該腐蝕電池屬于什么控制類型？如果歐姆電阻R = 90，那么Icor =？ 腐蝕電池又屬于什么控制類型？解：由題可知：當(dāng)解：由題可知：當(dāng)R=0時(shí)有：時(shí)有：Icor=(Eoc

10、-Eoa)/ （Pc+Pa）Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/ Icor=（0.8+0.4）/1010 -3 =120Pc=(Eoc-Ec)/ Icor=(0.80.2)/ 1010 -3 =100則有則有 Pa=120-100=20因?yàn)橐驗(yàn)镻cPa，所以該電池屬于，所以該電池屬于陰陰極極化控制。極極化控制。當(dāng)歐姆電阻當(dāng)歐姆電阻R=90時(shí)有：時(shí)有：I cor = (Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA 因?yàn)橐驗(yàn)镽與與Pc接近，所以該腐蝕電池為歐姆電阻和接近，所以該腐蝕電池為歐姆電阻和陰陰極極化共同控制。極極化共同控制。6. 將鐵置于飽和空氣的堿

11、溶液將鐵置于飽和空氣的堿溶液(pH = 10)中，按陽極反應(yīng)為中，按陽極反應(yīng)為Fe = Fe2+ + 2eFe + 2OH- = Fe(OH)2 + 2e 計(jì)算腐蝕傾向，二者是否相同？為什么？計(jì)算腐蝕傾向，二者是否相同？為什么？Ksp Fe(OH)2=1.8710-15 E Fe(OH)2 =-0.875V解：在pH=10的堿溶液中，去極化還原反應(yīng)為：O2+ 2H2O + 4e = 4 OH-Ee=E0（OH-/O2）+ (Po2/ ) =0.401 lg(0.21/ ) =0.627V當(dāng)陽極反應(yīng)為Fe = Fe2+ + 2e有Fe 2+ 2OH- =Fe(OH)2查得Ksp Fe(OH)2=

12、1.8710-15a(Fe 2+ )=Ksp Fe(OH)2 /a2(OH)=1.8710-15/10-8=1.8710-7mol/LEea= -0.4400.02955lg a(Fe 2+ ) = -0.4400.02955lg 1.8710-7 = -0.639V（2）當(dāng)陽極反應(yīng)為 Fe2 OH- =Fe(OH)22e查表有E = -0.875VEe=E0 + (1/a2(OH) = -0.8750.05916/2lg(1/10 -8) = -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。4OHanFRT40591. 01610nFRT7表面積為表面積為20cm2 的鐵樣

13、品浸泡在的鐵樣品浸泡在pH=1的除氧酸溶液中，的除氧酸溶液中，經(jīng)過經(jīng)過50h試驗(yàn)，測得了鐵樣品的損失質(zhì)量為試驗(yàn)，測得了鐵樣品的損失質(zhì)量為0.1g，已知，已知在鐵的表面上析氫反應(yīng)符合在鐵的表面上析氫反應(yīng)符合Tafel公式公式=-0.64-0.125lg|i|，的單位為的單位為V，i的單位為的單位為A/cm2 ，試計(jì)算：，試計(jì)算： 樣品厚度的減少樣品厚度的減少h(mm); 鐵電流的腐蝕電流密度鐵電流的腐蝕電流密度icor(A/m2); 鐵試樣的腐蝕電位鐵試樣的腐蝕電位Ecor。 解：（1） 根據(jù)失重腐蝕V- = Vh=8.761/7.8=1.12 mm/y 有h= Vp.t=1.1250/(365

14、24)=0.0064mm 即樣品的厚度減少量為0.0064mm 或 h= 0.1/20/7.810=0.0064mm (2)根據(jù) 可知有： i= 陰極反應(yīng) 2H+2e=H2 ， 當(dāng)pH=1時(shí)其平衡電位Eec=-0.0591pH= -0.05911= -0.059 (V) 在腐蝕電位下，陰極反應(yīng)過電位： c = Ecor Eec = -0.64 0.125 lgicor (V) 所以Ecor = -0.64 0.125 lgicor + Eec = -0.64 0.125（lg0.960610-4）0.059 = -0.197V (vs SHE) hmgstw./15010201 . 024co

15、rinFAv2/9606. 08 .5518 .262mAAnFV8.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10-2cm，擴(kuò)散系數(shù)為D=1.910-5 cm2 /s,Zn的原子量為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|=nFD當(dāng)減小到零時(shí)有| ic |=id=nFD =426.8A.h/mol1.910-5 cm2/s（3.20.001)/32 /10-2360010 =0.7332A/m2 icor=id=0.7332A/m2 查表得dZn=7.1g/cm3 Zn-2e=Zn2+ 有腐蝕深度Vh=

16、8.76 =1.104mm/a0cscc0corinFAznV76. 89. 對如下兩個(gè)電極系統(tǒng)：Hg0.1mol/L HCl ， r = 0.796 Pt1mol/L H2SO4分別進(jìn)行陰極極化，測量數(shù)據(jù)列于表1。要求：(1) 分別畫出在汞電極上和鉑電極上析氫反應(yīng)的陰極極化過電位曲線。(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。極化電流密度ic極化電位E (V, vs SCE)(A/m2)Hg電極Pt電極5103-0.53702.5103-0.4991103-1.6164-0.

17、45115102-1.5780-0.4040102-1.5085-0.336210-1.38151-1.266501234-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0氫過電位 / Vlgic /（A/ m2） Hg電極 Pt 電極極化曲線對于Hg-0.1mol/LHCl有：斜率Tafel斜率bc = 0.117V 當(dāng)|ic|取1時(shí)有=-0.065-(-1.2665+0.242)= 0.960V，即氫過電位a = 0.960V由塔菲爾公式：a=-blgi0得： 0.960 = - 0.117lg i0 則：lg i0 =-7.265 即i0 =5.410-8 A/m2117.

18、0032665. 16164. 1lgiE對于Hg電極有：陰極反應(yīng)：2H+2e-=H2 有r = 0.796E=)(065. 0)796. 01 . 0lg(0591. 0)2ln(2VHnFRT對于Pt-1mol/L H2SO4 有：斜率Tafel斜率bc = 0.112 V從圖中讀得的數(shù)據(jù)當(dāng)|ic|取1時(shí),氫過電位a= 0.180V0.180 = -0.112lg i0得 i=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 Rf=RT/（i0nF）i= i0nF/RT對于Hg-0.1mol/LHCl有： I =0.015.410-

19、8 /0.0256 =2.110-8 A/m2對于Pt-1mol/L H2SO4 有：iPt=/Rf =0.01/6.34610-4=16 A/m2118. 02105lg3362. 0537. 0lg3iE10. 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)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)的動力學(xué)參數(shù)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)(bc = 0.110V，i0 = 1.19810-6 mA/cm2 = 1.19810-5A/m2)，計(jì)算當(dāng)，計(jì)算當(dāng) ic = 710-2 mA / cm2時(shí)，陰極極化過電位時(shí)，陰極極化過電位

20、，其中濃度極化，其中濃度極化過電位過電位 濃濃和活化極化過電位和活化極化過電位 活活各占多大比例？各占多大比例？擴(kuò)散層厚度取擴(kuò)散層厚度取 = 10-2cm，水中溶解氧濃度為，水中溶解氧濃度為3.2mg/L。比較氫電極反應(yīng)和氧電極反應(yīng)的陰極極化特征。比較氫電極反應(yīng)和氧電極反應(yīng)的陰極極化特征。解：解： 濃差極化：根據(jù)公式求得極限擴(kuò)散電流密度濃差極化：根據(jù)公式求得極限擴(kuò)散電流密度id=0.733A/m2活化極化時(shí)有：活化極化時(shí)有：陰極極化的過電位陰極極化的過電位有：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，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

21、主要受活化極化控制。而氫電極主要受活化極化控制。Viibcydcc148. 0)733. 07 . 01lg(110. 0)|1lg(濃Viibcycc525. 0)1058. 0lg(110. 010198. 17 . 0lg110. 0|lg550活Vyyyc673. 0525. 0148. 0活濃%78%100673. 0525. 0ccyyyW活活%22%100673. 0148. 0ccyyyW活濃11. 一個(gè)活化極化控制腐蝕體系，陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)的交換電流密度一個(gè)活化極化控制腐蝕體系，陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)的交換電流密度為為 、 ；Tafel斜率為斜率為bc、ba；腐蝕電位滿足條件；

22、腐蝕電位滿足條件EeaEcorEec。 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)楦淖優(yōu)?。假定其他參數(shù)都不改變，此時(shí)腐蝕電位負(fù)移到。假定其他參數(shù)都不改變，此時(shí)腐蝕電位負(fù)移到E cor，腐，腐蝕電流密度下降到蝕電流密度下降到i cor。作加入緩蝕劑前后腐蝕體系的極化曲線圖。作加入緩蝕劑前后腐蝕體系的極化曲線圖。用圖解法求腐蝕電流密度的變化用圖解法求腐蝕電流密度的變化r = i cor / icor和腐蝕電位的變化和腐蝕電位的變化 E = E cor Ecor。0ci0ai)(0ciADCDbcDBCDbatan

23、,tanEABCDABCDADDBbbCDADbCDDBbcaca111 10000lg|)|lg| |(lgcccciiiiAB00lglgcccorcoriibabcbcbaCDii0000lglgcccccorcoriibcbababciibcbabcbaEEEABbabcbcDBABbbbABCDDBCDADCDDBABDBADDBABABDBDBaca)(,111)(即0000lg|)|lg| |(lg,lg|)|lg| |(lgcccccorcorcorcoriiiiABiiiiDB0000lglg),| |lglgcccorcorcccorcoriibabcbciiiibabcb

24、cii0000lglgcccccorcoriibcbababciibcbabcbaEEE,BDBDCDCDEEcorcor又12. 一個(gè)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，一個(gè)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)散電流密度為陰極反應(yīng)的極限擴(kuò)散電流密度為id，腐蝕電位為，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，陽極反應(yīng)參數(shù)不變；，陽極反應(yīng)參數(shù)不變；腐蝕電位正移到腐蝕電位正移到E cor。作腐蝕體系的極化曲線圖。作腐蝕體系的極化曲線圖。用圖解法求腐蝕電位變化用圖解法求

25、腐蝕電位變化 E = E cor Ecor。ABACbatan| |lg|)|lg| |(lgddddcorcoriibabaiiABbaACEEE腐蝕電位變化氫電極反應(yīng)交換電流密度氫電極反應(yīng)交換電流密度與溶液與溶液PH值的關(guān)系式為值的關(guān)系式為Lgi0 = -5.6020.5PH13. 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15m2，進(jìn)入貯槽的酸溶液的工藝條件為：pH = 2.5，25C，1atm，并含有4.5mg/L 的溶解氧，流量0.1m3/min。實(shí)驗(yàn)測出容器表面的腐蝕電位Ecor = -0.54V(vsSCE)。求求鋼容器的腐蝕速度(mm/y）。求流出的酸溶液中的氧含量。

26、擴(kuò)散層厚度取 = 510-3cm。解：E平=-0.0592PH=-0.0592.5=-0.148VEcorr= -0.54 +0.242=-0.298V=-0.148+0.298=0.15VLgi0 =-5.6020.5PH=-6.852所以 i0=1.4110-7 A/cm2 由由 c=0.118 lg ic/io 求得 ic=2.610-6 A/cm2 di=nFDbC/ =4965001.9510(1.41710)/(5310)310 =2.07410 A/cm2 cori=diic =2.074102.6610 =2.1410 A/cm2 Vp= 8.76/dnFkAcori= 9 .776.86.53562.1410410 =2.43 mm/y （2）氧消耗速度為： (diS)/(Fn)60A=(2.0715)/(965004)6032= 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。 14. 鐵和兩種不銹鋼在除氧的