金屬Zn陽極極化曲線的測量

華南師范大學實驗報告學生姓名學號專業(yè)年級、班級課程名稱 電化學實驗實驗項目金屬Zn陽極極化曲線的測量實驗類型□驗證□設(shè)計□綜合實驗時間實驗指導老師實驗評分一、 實驗目的1、 掌握陽極極化曲線測試的基本原理和方法；2、 測定Zn電極在1MNaOH溶液和1MZnCl2溶液中的陽極極化曲線；3、 通過實驗理解金屬電極鈍化與活化過程。二、 實驗原理金屬Zn是中性鋅錳電池、堿性鋅錳電池和鋅-空氣電池等的負極材料，其電化學行為受到廣泛的研究。本實驗應用線性電位掃描法測量金屬Zn電極在1MKOH和1MZnCl2中陽極極化曲線。三、 儀器與試劑CHI電化學工作站、鋅電極、Hg/HgO電極、甘汞電極、鉑電極、三口電解槽、1MKOH溶液250ml、1MZnCl2溶液250ml四、 實驗步驟采用CHI電化學工作站中的線性電位掃描法分別測量鋅在下面2種溶液中的極化曲線：1MZnCl2溶液中常溫和450C的陽極極化曲線，電位掃描范圍：開路電壓測量值?-0.5V;1MKOH溶液中常溫和450C的陽極極化曲線，電位掃描范圍：開路電壓測量值?-1.0V;掃描速度0.005V/S。接好線路。1MZnCl2溶液中常溫和450C的陽極極化曲線將待測鋅電極的一面用金相砂紙打磨，除去氧化膜，用去離子水沖洗干凈，再用濾紙吸干，放進電解池中。電解池中的輔助電極為鉑電極，參比電極為甘汞電極，電解池中注A1MZnCl2溶液。啟動工作站，運行CHI測試軟件。測量并記錄開路電壓值。在Setup菜單中點擊"Technique"選項。在彈出菜單中選擇"LinearSweepVoltammetry"測試方法，然后點擊OK按鈕。在Setup菜單中點擊"Parameters"選項。在彈出菜單中輸入測試條件：InitE為開路電壓測量值，F(xiàn)inalE為-0.5V，ScanRate為0.005V/s，SampleInterval為0.001V，QuietTime為2s，Sensitivity為1e-6，選擇Auto-sensitivity。然后點擊OK按鈕。在Control菜單中點擊"RunExperiment"選項，進行極化曲線的測量。將裝置置于水浴鍋中，改變?nèi)芤簻囟葹?5°C，測試1MZnCl2溶液中450C的陽極極化曲線，測試條件同上。2.1MKOH溶液中常溫和450C的陽極極化曲線(1)將待測鋅電極的一面用金相砂紙打磨，除去氧化膜，用去離子水沖洗干凈，再用濾紙吸干，放進電解池中。電解池中的輔助電極為鉑電極，參比電極為汞-氧化汞電極，電解池中注A1MKOH溶液。⑵測試方法同上，測量1MKOH溶液中常溫和450C的陽極極化曲線。3.實驗完畢，關(guān)閉儀器，將研究電極清洗干凈待用。

五、結(jié)果分析和討論1、每種溶液中不同溫度下的極化曲線疊加在同一張圖中。結(jié)果分兩張圖表示。D.UiD-iPotentialAr圖(1)-l.3 -1.1Potentia1/V圖(D.UiD-iPotentialAr圖(1)-l.3 -1.1Potentia1/V圖(2)圖(1)為1MZnCl2溶液中常溫和45°C的陽極極化曲線，圖⑵為1MKOH溶液中常溫和45°C的陽極極化曲線2、結(jié)合文獻，指出圖中的活性溶解區(qū)、過渡鈍化區(qū)、穩(wěn)定鈍化區(qū)和過度鈍化區(qū)。從圖(2)中1MKOH溶液45C的陽極極化曲線可看出，A’B’為活性溶解區(qū)，B’C’為過渡鈍化區(qū)，C’D’為穩(wěn)定鈍化區(qū)，D之后有一段電流隨電勢的增加而上升的過度鈍化區(qū)D’E’，本次實驗結(jié)果并沒看到。同理，在1MKOH溶液常溫的陽極極化曲線中，AB為活性溶解區(qū)，BC為過渡鈍化區(qū)，CD為穩(wěn)定鈍化區(qū)，D之后有一段電流隨電勢的增加而上升的過度鈍化區(qū)DE，本次實驗結(jié)果并沒看到。3、比較不同溶液中電極的陽極極化行為。嘗試分析原因。1MZnCl2溶液中常溫和450C的陽極極化曲線45C時，隨著電勢的增加，電流一直在上升。此時電極上的Zn被氧化成Zn2+離子，電極正常溶解，產(chǎn)生氧化電流，無鈍化現(xiàn)象。因為Zn電極在ZnCl2溶液中不會鈍化，所以沒有出現(xiàn)氧化峰，一直處于活性溶解區(qū)。在25C下的曲線與45C同理。1MKOH溶液中常溫和450C的陽極極化曲線45°C時，從開路電位正向掃描到第一個峰之間為活性溶解區(qū)。此時電極上的Zn被氧化成Zn2+離子，電極正常溶解，產(chǎn)生氧化電流，無鈍化現(xiàn)象。峰對應的電流為氧化電流Ic=0.003633A，氧化峰對應的電位為氧化峰電位q=-1.247V，也稱為臨界鈍化電流、臨界鈍化電勢。此后，曲線出現(xiàn)三個峰，為過渡鈍化區(qū)。電流隨著電勢增加，經(jīng)過一番波動之后，迅速減至最少。這是因為在金屬表面產(chǎn)生了一層電阻高，耐腐蝕的鈍化膜（ZnO或Zn（OH）2）。而產(chǎn)生波動的原因是剛開始生成的Zn的氧化物不致密，容易脫落，電極表面在重復生成鈍化膜和脫落的過程，最后，隨著電勢的增加，生成了致密的氧化膜，使電流迅速下降至最小。電勢繼續(xù)增加，電流基本不變地保持在一個很小的數(shù)值上，該區(qū)為鈍化穩(wěn)定區(qū)，該電流稱為鈍化電流。由于掃描的終止電壓定得比較小，所以并沒有看到過度鈍化區(qū)。過度鈍化區(qū)是隨著電勢的繼續(xù)增大，電流再次隨著電勢上升而增大，表示陽極又發(fā)生了氧化過程，可能是高階金屬離子產(chǎn)生，也可能是水分解放出氧氣。在25C下的曲線與45C同理。對比45C下和25C下的氧化峰對應的電流，明顯可以看出，兩者都是高溫下比低溫下要大。因為溫度越高，離子遷移速率越快，濃差極化越??；電化學反應速率加快，電化學極化變小，所以臨界鈍化電流增大。3、根據(jù)不同溫度下氧化峰面積的大小，比較溫度對氧化電量的影響。以圖（2）為例，對圖⑵的兩條曲線的氧化峰積分得，S45c=7.211605X10-4，S25c=3.966755X10-4,S45c>S25c，由于S表示了（UxI）/