金屬防護與腐蝕習題解答

銅在充空氣的中性水溶液中的腐蝕為二價銅離子，陽極腐蝕電流密度icorr=10-2A/m2。請分別計算出以重量法和深度法表示的銅的腐蝕速度大小，并指出銅在該環(huán)境中的腐蝕等級和耐蝕情況？

解：icorr=10-2A/m2=10-3μA/cm2

計算停止鎘在25℃充空氣的水中腐蝕所需的氫氣壓力。作為腐蝕產(chǎn)物，Cd(OH)2的溶度積為2.0×10-14解：解：25℃時，Ksp[Cd(OH)2]=2.0×10-14,

KH2O=1.0×10-14

Eθ

Cd2+/Cd=-0.402V

首先求出ECd2+/Cd

陽極反應：Cd=Fe2++2e

陰極反應：O2+2H2O+4e=4OH-

次生反應：Cd2++2OH-=Cd(OH)2

總反應：Cd+H2O+O2=Cd(OH)2

因為Cd(OH)2是難溶化合物，25℃時

Ksp[Cd(OH)2]＝2×10-15

KH2O=1×10-14已知電極反應O2+2H2O+4e=4OH-的標準平衡電位等于0.401V，請計算電極反應：O2+4H++4e=2H2O的標準電極電位。解：有反應式：

O2+2H2O+4e=4OH-

(ΔG)T,P=-154786kj/mol……①H2O=H++OH-

(ΔG)T,P=-=79867kj/mol……②(ΔG)T,P=-RTlnKθP=-8.314×298×ln10-14=79867kj/mol①式－②×4式得：O2+4H++4e=2H2O(ΔG)T,P=-154786-4×79867=-474254kj/mol下列數(shù)據(jù)為鋼樣在約10mol/LHCl溶液中（有緩蝕劑）的電流－電位關系。作i－E和lgi－E圖，寫出陰極反應和陽極反應，分別求其交換電流密度（溶液中的Fe2＋＝10-1mol/L），確定鋼在HCl溶液中的腐蝕電位和腐蝕電流，并求出腐蝕速度。陰極極化：+E（mV,對SCE)406410420430440450460i（A/cm2)02.25.61424344447048049050051052054667889104119-E（mV,對SCE)406404400396390380370i（A/cm2)02.55.27.711.4223436035034033032031030029028047577282102120140161186陽極極化：E—i

Fig.E—lgi

Fig.解：

E－i圖和E－lgi

圖

陰極反應：2H++2eH2

陽極反應:FeFe2++2e

由E－lgi

圖可知

Ecorr=–406mv與之相應的lgi=1.3

所以icorr=20(μA/cm2)(icorr單位：μA?cm-2)已知鐵在一定介質中的腐蝕電流密度為0.1mA/cm2,求其腐蝕速度V-和Vt（鐵

=7.87g/cm2）。鐵在此介質中是否發(fā)生腐蝕。解：

解：在無氧酸中，E0Cu2+/Cu=+0.337>E02H+/H2=0Cu不發(fā)生腐蝕；在含氧酸中，E0Cu2+/Cu

<E0

O2/H2O=+1.229(V)Cu可能發(fā)生腐蝕。已知銅在含氧酸中和無氧酸中的電極反應及其標準電極電位：問銅在含氧酸和無氧酸中是否發(fā)生腐蝕？CuCu2++2eH22H++2e2H2OO2+4H++4e

解：25℃時，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15,KH2O=1.01×10-14

E0Fe2+/Fe=－0.44VEO2/OH-=+0.815V

首先求出EFe2+/Fe

陽極反應：FeFe2++2e

陰極反應：O2+2H2O+4e4OH-

次生反應：Fe2++2OH-Fe(OH)2

總反應：Fe+H2O+O2

Fe(OH)2

因為Fe(OH)2是難溶化合物，25℃時

Ksp[Fe(OH)2]＝1.65×10-15

KH2O=1.01×10-14試判斷鐵在25oC，中性溶液中是否可能發(fā)生耗氧腐蝕。因為，EO2/OH-=+0.815(V)

EO2/OH-

>EFe2+/Fe

E電=+0.815-(-0.463)=+1.278(V)>0

故發(fā)生耗氧腐蝕。解:已知pH=1,Ecorr=-0.72V(相對飽和Cu/Cu2+）飽和Cu/Cu2+的E=+0.32V

故Ecorr=-0.72+0.32=-0.4V(SHE)

E

0,C=EH+/H2=-0.059pH=-0.059

1=-0.059(V)ηC=Ecorr-E

0,C

=-0.4-(-0.059)=-0.341(V)

根據(jù)η=0.7+0.1lgi

可求出lgicorr低碳剛在pH＝1的無氧水溶液中，腐蝕電位為-0.72V（相對飽和Cu/CuSO4電極）。對于同樣鋼的氫過電位（單位為V）遵循下列關系：η＝0.7+0.1lgi，式中i的單位為A·cm-2。假定所有鋼表面近似作為陰極，計算腐蝕速度（g/m2·h)。

25°C時，濃度為0.5M的硫酸溶液以0.2m/s的流速通過鐵管，假定所有鐵表面作為陰極，Tafel斜率為±0.100V，而且Fe/Fe2+和氫在鐵上的交換電密分別為10-3A/m2

和10-2A/m2

，求鐵管的腐蝕電位和腐蝕速度。按[Fe2+]=10-6M估算已知C=0.5M,b=0.100V,iFe0=10-3A/m2

iH0=10-2A/m2

因不知icorr

,所以忽略

a,可用E0,a

估算

Ecorr,即E0,a

=Ecorr

EFe=E0Fe銅電極和氫電極（PH2=2atm）浸在Cu2+

活度為1且pH=1的CuSO4溶液中組成電池，25°C，求該電池的電動勢，并判斷電池的極性。解：已知E0Cu=+0.337V,aCu=1

已知PH2=2atm,pH=1(aH=10-1)

E電=+0.337-(-0.029)=+0.3665(V)銅電極為正極，氫電極為負極。

解：求出此腐蝕體系中陽、陰極反應的平衡電位。陽極反應:FeFe2++2e

已知，EFe2+/Fe=-0.44(V),3%NaCl溶液為中性，pH=7,[OH-]=10-7M,Fe2+與OH-相遇，當[Fe2+][OH-]2>Ksp[Fe(OH)2]時會生成Fe(OH)2沉淀:Fe2++2OH-=Fe(OH)2

已知，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15

即[Fe2+][OH-]2=1.65×10-1525oC時，鐵在3％NaCl水溶液中腐蝕，歐姆電阻很小，可忽略不計。測得其腐蝕電位Ecorr＝-0.544V（SCE)，試計算該腐蝕體系中陰、陽極控制速度。Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15，EFe2+/Fe=-0.44(V)陰極反應為：

O2+H2O+4e4OH-

大氣中PO2=0.21atm已知E0O2/OH-=+0.401V(SHE)

所以

因為測得Fe在該腐蝕體系中的Ecorr=-0.544(SCE)

而飽和甘汞電極的電位為0.242V(SHE)

故Ecorr=-0.544+0.242=-0.302V(SHE)

（需將Ecorr(SCE)換成Ecorr(SHE））

陰、陽極控制程度：

陰極：陽極：可得在Ecorr下陰、陽極過電位：

ηc

=EO2/OH-Ecorr=0.805–(-0.302)=1.107(V)

ηa

=Ecorr-EFe2+/Fe=-0.302–(-0.463)=0.161(V)

解：因為EH+/H2=-0.059pH=-0.413(V)(pH=7)EO2/OH-=1.229-0.059pH=+0.814(V)(pH=7)

要發(fā)生析H2腐蝕，必須EH+/H2

>ECu2+/Cu，

但EH+/H2

<

ECu2+/Cu,故不發(fā)生析H2腐蝕。而EO2/OH-

>

ECu2+/Cu,符合耗氧腐蝕條件，故可發(fā)生耗氧腐蝕。

已知ECu2+/Cu=+0.34V（25oC），在溶液中，為什么銅可能發(fā)生耗氧腐蝕，并不會發(fā)生析氫腐蝕？陰極反應：2H++2eH2

EH+/H2

=-0.059pH