铁的极化和钝化实验详细步骤及数据处理
实验13 铁的极化和钝化曲线的测定
一、极化曲线
1. 详细的实验步骤
(1) 将电解液倒入三电极电解池指定的刻度，将工作电极(铁电极)、辅助电极(铂电极)以及参比电极(饱和甘汞电极)置于三电极电解池相应的玻璃管中并与电化学工作站相连(三个电极一一对应)。
(2) 打开电化学工作站开关，双击电脑桌面的文件夹” set660c”，双击应用程序“chi660c”进入电化学工作站专用软件。
(3) 单击工具栏中“T”按钮，选择” Tafel Plot”，点击”ok”进入极化曲线参数设置对话框，手动输入参数如下图所示：
点击“ok”，再单击工具栏中“►”按钮即开始测定极化曲线。测试完毕后要存盘，“File”-“Save as”，选择要存盘的地址并输入文件名如“04110711-2-Na”即可，文件格式为系统定义的格式(BIN文件)，为了能用于撰写实验报告要先转化为txt格式并导入到origin7.5中作图。在文件打开的情况下运行“File”-“Convert to text”，并使用相同的文件名存在相同的目录下即可。
(4) 先测定铁电极在中性水溶液中的极化曲线，数据存盘后用直尺测量铁电极没入电解液的高度(其宽度为1cm)，从而求得其面积(用于计算自腐蚀电流密度)。将铁电极用金相砂纸打磨备用。将溶液换为1mol/LH2SO4溶液，重复上述步骤得到铁电极在1mol/LH2SO4溶液中的极化曲线，文件名可命名为“04110711-2-H”。
2. 数据处理及报告撰写
2.1 在origin 7.5中将铁电极在两个不同电解液中的极化曲线放在同一坐标内 具体操作如下：先运行origin 7.5，执行如下命令：“File”-“Import”-“Simple Single ACSII”，在弹出的对话框中定位到已经换化好的文本文件(如04110711-2-Na)，在显示器上你将看到：
然后运行“File”-“Save Project as (或在汉化版中选择“保存工程为”)”，选择相应的目录，将文件名命名为“04110711-2-Na”备用，按上述方法建立另外一个文件“04110711-2-H”，备用。
接下来要做的工作是将两个文件中的数据放在一起并保存为一个新的文件如“use”。在origin 7.5中新建一个文件，此时只有两个空列备用，运行“Column（或“柱形图”）”-“Add new column（或“添加新建列”）”，在弹出的对话框中输入“4”，共有6个空列备用。依次将“04110711-2-Na”和“04110711-2-H”中的原始数据拷贝过来，在显示器上你将看到：
其中第1,3,4,6列是所需要的，选中第4列，右键单击，选“Set as”-“X”。用Ctrl键选中第1,3,4,6列后右键单击，运行“Plot”-“Line+Symbol（或“直线+符号”）”得到一张图，将横纵坐标进行修改，然后对两条线分别进行指定(如用A和B分别表示)，最后得到如下的图：
lg(I/A)
ε/V
2.2 铁在中性水溶液及1mol/LH2SO4溶液中的极化曲线分析
将上图中阳极极化曲线和阴极极化曲线的直线部分外延，相交于一点，该点的横坐标为自腐蚀电势，纵坐标为自腐蚀电流的常用对数，自腐蚀电流与电极面积之比为自腐蚀电流密度。
表1 铁在中性水溶液及1mol/LH2SO4溶液中的电化学参数
介质 中性水溶液 1mol/L H2SO4溶液
由表1 可知在该两种溶液中的自腐蚀电位相近，但自腐蚀电流相差一个数量级，即在1mol/L H2SO4
溶液中的自腐蚀电流远大于在中性水溶液中的自腐蚀电流(表1中计算u时，可直接采用下面的公式：
u=
MnF
⋅jcor，M=55.85 g/mol，n=2，F=96500 C/mol，将cm和s分别换算为m和h即可进行计算)。
ε
cor/ V Icor/ A 3.16×10-5 5.01×10
-4
jcor/ (A·cm-2) 1.975×10-5 2.947×10
-4
u/ (g·m-2·h-1) 0.2057 3.0701
-0.63 -0.50
二、钝化曲线
1. 详细的实验步骤
(1) 将电解液倒入三电极电解池指定的刻度，将工作电极(铁电极)、辅助电极(铂电极)以及参比电极(饱和甘汞电极)置于三电极电解池相应的玻璃管中并与电化学工作站相连(三个电极一一对应)。
(2) 打开电化学工作站开关，双击电脑桌面的文件夹” set660c”，双击应用程序“chi660c”进入电化学工作
站专用软件。
(3) 单击工具栏中“T”按钮，选择” Linear Sweep Voltammetry”，点击”ok”进入参数设置对话框，手动输入参数如下图所示：
点击“ok”，再单击工具栏中“►”按钮即开始测定极化曲线。测试完毕后要存盘，“File”-“Save as”，选择要存盘的地址并输入文件名如“04110711-2-pH4”即可，文件格式为系统定义的格式(BIN文件)，为了能用于撰写实验报告要先转化为txt格式并导入到origin7.5中作图。在文件打开的情况下运行“File”-“Convert to text”，并使用相同的文件名存在相同的目录下即可。 (4) 先测定铁电极在中性水溶液pH=4.0电解液中的钝化曲线，数据存盘后用直尺测量铁电极没入电解液的高度(其宽度为1cm)，从而求得其面积。将铁电极用金相砂纸打磨备用。将溶液换为pH=6.86和pH=9.18的溶液，重复上述步骤分别得到铁电极在pH=6.86和pH=9.18溶液中的钝化曲线，文件名可命名为“04110711-2- pH686”和“04110711-2- pH918”。
2. 数据处理及报告撰写
按处理极化曲线相类似的方法在origin 7.5中将铁电极在三个不同电解液中的钝化曲线放在同一坐标内，得到如下图所示的钝化曲线图。
I/ A
V
表2 铁在三种电解液中的电化学参数 εp/ V -0.569V-1.9V 1.563V-1.9V 1.083V-1.9V
pH 4.0 6.86 9.18
由表2可知，铁在pH=4.0中在钝化电位比在pH=6.86和 pH=9.18中的低，钝化电位范围更宽，说明铁在此种溶液中更容易钝化。
三、实验安排建议
由于本实验今年是第一次开设，所购买的2台电化学工作站暂没有到货，目前所用的是科研实验电化学工作站，只有1台。由于极化曲线加钝化曲线共5个电解液，因此建议每两个同学为一组，每组只需做一个电解液，5组同学的实验结果合起来得到两张图。从明年开始每组同学均需测5个电解液。三电极电解池和所需的电极能保证每组同学拥有一套。