实验十二_金属的腐蚀与防腐.docx

实验十二 金属的腐蚀与防腐一、实验目的1．通过实验让学生了解金属腐蚀的基本原理及腐蚀速度的测定方法 2．学习绘制阴极极化曲线及钝化曲线，明确各种金属在钝化电位下起保护 作用的原理，3．了解防腐的其他方法：电镀及缓蚀剂的选择及使用方法二、实验内容(一) 金属腐蚀现象 金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，全世界每年由于腐蚀而报废的 金属设备和材料，约相当于金属年产量的 1/3，至于因设备腐蚀损坏而引起的各 种损失，就更无法估计了因此对金属腐蚀理论及其防护方法的研究有着特别重 要的意义l •微电池的显示法按下列成分配成铁锈指示剂：0.1mol・dm-3NaCl 100ml ； 1 %K3[Fe(CN)6] 3mL；1％酚酞 0.5mL； 白明胶 适量将铁锈指示剂加热成粘稠状，放置一会待凝固之前，涂在去锈的铁片上10min 后即可看到铁片上的阴阳区在阳极区，铁成二价铁离子，进入溶液中， 由于二价铁离子和铁氰化钾反应的结果而出现蓝色斑点在阴极区，由于氧的去 极化作用，指示剂变成弱碱性而呈现出粉红色斑点，这个过程为：在阳极： Fe—Fe 2++2e-3Fe2++2[Fe(CN)6] 3-—Fe3[Fe(CN)6]2在阴极： O2+2H2O+4e-—40H-OH-离子遇酚酞变成粉红色。

2．阴阳极防腐蚀镀层 取一镀锡的铁片(可用废罐头盒子)用锉刀划破表面镀层，在划痕处滴上几滴 稀硫酸和一滴铁氰化钾，不久可以看见在划破处发生蓝色沉淀，证明铁层发生溶 解另取一镀锌铁片同样进行操作，可以看到只有镀锌溶解而划痕处没有蓝色沉 淀3．阻化剂取一铁片放入20%的盐酸溶液中，加热至60〜70°C,则可以看到铁片迅速地溶解并放出氢气如果这时加入六次甲基四胺(CH2)6N4(乌洛托平)则可以看到氢气泡消失，说明铁的腐蚀已经停止二) 动态法测定碳钢在碳酸铵溶液中的钝化曲线及极化曲线1. 金属的钝化及钝化曲线金属表面状态的变化，使阳极溶解过程的超电势升高，金属的溶解速度急剧 下降，这种现象称为金属的钝化可钝化金属可采用控制不同的恒电势来测量电 流密度的方法，绘制出如图的完整的阳极极化曲线,图中曲线分为以下四个区域：(1) 从点a到点b的电势区为金属活化区，在此区域内是金属的正常阳极溶解,a 点为金属的自然腐蚀电势2) 点b到点c为金属钝化过渡区，这是金属从活化态到钝化态的转变过程，b点称为致钝电势，它所对应的电流Ib为致钝电流3) 点c到点d的电势范围叫钝化区，此时金用处于钝化阶段.cd段所对应的 电流Im称为钝化电流，在钝化区维持在钝化电流下，金属的腐蚀速度将急剧下降。

4) 点 d 后的电势范围为过钝化区,阳极电流密度随电势的正移而增大，金属 的溶解速度加大钝化金属可以活化，凡能促使金属保护层被破坏的因素都能使钝化的金属 重新活化例如，加热、通入还原性气体、加入某些活性离子等等金属的钝化现象是十分常见的，人们已对它进行大量的研究工作，影响金属钝化过程及钝化性质的因素可归纳为以下几点：(1)溶液的组成溶液中存在的氢离子、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属的钝化现象 起着颇为显著的影响在中性溶液中，金属一般是比较容易钝化的．而在酸性溶 液或某些碱性溶液中要困难得多这是与阳极反应产物的溶解度有关卤素离子， 特别是氯离子的存在则明显地阻止金属的钝化过程、已经钝化了的金属也易被它 破坏(活化),而使金属的阳极溶解速度重新增加溶液中存在某些具有氧化性的阴 离子(如CrO42-)则可以促进金属的钝化2) 金属的化学组成和结构 各种纯金属的钝化能力很不相同，以铁、镍、铬三种金属为例，铬最容易钝化， 镍次之，铁较差些，因此添加铬、镍可以提高钢铁的钝化能力，不锈钢是一个极 好的例子一般来说，在合金中添加易钝化金属时可以大大提高合金的钝化能力 及钝化态的稳定性.(3) 外界因素(如温度、搅拌等)一般来说，温度升高以及搅拌加剧是可以推迟 或防止钝化过程的发生，这显然与离子的扩散有关。

2．极化曲线的测量原理和方法 采用控制电位法测量极化曲线时，是将研究电极的电位恒定地维持在所需 值，然后测量对应于该电位下的电流由于电极表面状态在末建立稳定状态之前， 电流会随时间而改变，故一般测出的曲线为“暂态”极化曲线在实际测量中，常 采用的控制电位测量方法有下列两种1) 静态法 将电极电位较长时间地维持在某一恒定值，同时测量电流随时间 的变化，直到电流值基本上达到某一稳定值如此逐点地测量各个电极电位 (例 如每隔20, 50或100 mv)下的稳定电流值，以获得完整的极化曲线 „(2) 动态法 控制电极电位以较慢的速度连续地改变(扫描)，测量对应电位下 的瞬时电流值，并以瞬时电流与对应的电极电位作图，获得整个的极化曲线所 采用的扫描速度(即电位变化的速度)需要根据研究体系的性质选定一般来说， 电极表面建立稳态的速度愈慢，则扫描速度也应愈慢，这样才能使所测得的极化 曲线与采用静态法的接近上述两种方法都巳获得了广泛的应用从其测量结果的比较，可以看出静态 法测量结果虽较接近稳态值，但测量时间长，例如对于钢铁等金属及其合金，为 了测量钝态区的稳态电流往往需要在每一个电位下等待几个小时，所以在实际工 作中，较常采用动态法来测量。

本实验亦采用动态法 动态法测定极化曲线通常使用恒电位仪，它能自动地使被研究电极电位保持 在所需的电位值1. 仪器和试剂 恒电位仪 一台 饱和甘汞电极 一支 碳钢电极(1cm2)两片 铂电极 一支电解池、烧杯、2mo1・dm-3 (NH4)2C03 溶液;0.5mo1・dm-3H2SO4 溶液； 饱和KCl溶液2．实验步骤：（1）电解池经洗液清洗，蒸馏水冲洗干净后，烘干，倒入2mo1.dm-3（NH4）2C03 溶液后,插入研究电极（碳钢片），参比电极及辅助电极（铂电极），在侧管小球中注 入少量水，使密封，通入氢气 20min；（2） 仔细阅读恒电位仪说明书，把仪器的接线分别接在研究、参比及辅助电 极上，打开仪器开关，预热 20min；（3） 把参比／极化开关置于“参比”，待数字电压表稳定后显示的值为参比电 极相对于研究电极（碳钢电极）的电势；（4） 把恒电位／恒电流开关置于恒电位，测量选择按下 “扫描”，选择扫描电 势为每次0.02v,从平衡电位扫到+1.20 V整条曲线扫描控制在1h左右此为阴 极极化曲线，（5） 阳极极化曲线的绘制：使给定电势值与“参比”电势值相同，逆时针方向 旋转进行阳极极化。

选择扫描电势，每次加大0.02v，记录相应极化电流值，一 直加大到-1.20 v3．数据记录和处理（1） 记录实验时的室温和气压；（2） 以电流密度（或电流密度的对数值）为纵座标，电极电势为横座标绘制阴极 极化曲线（3） 求出在测定条件下．碳钢的钝化电势三）缓蚀剂及缓蚀效率的测定1. 原理说明铁与空气及潮湿气体接触时能生锈，如在空气里经热处理 （退火,回火,淬火） 后的金属产品，在表面上会盖上一层氧化物——渣，为了清除金属表面上的氧化 物，可使之在酸溶液中浸渍一些时候以除去之（酸洗）但是与氧化物在酸溶液里 溶解的同时，金属本身也要引起损耗（金属溶解于酸中）除金属的损耗外，受到 浓酸腐蚀时它的性能还会变坏，例如铁和酸反应放出氢气，氢气扩散入铁内后 , 则使铁变脆（此种现象称为氢脆作用）若在酸洗时所用的酸中加入缓蚀剂，则可大大降低金属的溶解,同时不影响氧 化物的溶解速度,而且可以消除氢脆作用（不同缓蚀剂对氢脆消除的效果不同） 缓蚀剂作用主要由于缓蚀剂吸附在金属表面上，从而影响金属在阳极的溶解和氢 在阴极的析出，这样就阻止了金属被毁坏的过程缓蚀剂的缓蚀作用，除本身性质外，还与金属的性质相结构有关，而且对不 同的酸作用也不同，因此在选择缓蚀剂时应先加以试验。

缓蚀剂的效率n通常用下列公式表尔：v — v耳= x 100v0式中v0为金属在纯酸中的溶解速度,V为金属在加有缓蚀剂的酸中的溶解速 度金属溶解速度(腐蚀速度)用g/cm2・h来表示2. 仪器药品恒温槽一套；250 mL烧杯3个，并附有带玻璃小钩的杯盖；20 mmx50 mmx2mm的钢片(钢片上有小孔能悬挂于小钩上);蓄电池1个(6v)；安培计 (0~3A)；螺旋测微器1个；2mo1・dm-3HCl溶液；六次甲基四胺；乙醇胺;10%柠 檬酸铵溶液;丙酮3．实验步骤(1) 调节恒温槽至60°C左右2) 在三个已编号的烧杯中各注入100mL2mo1・dm-3HCl溶液，另在1号杯中加 1g六次甲基四胺，在2号杯中加1g乙醇胺缓蚀剂，3号杯作比较用用玻棒将 杯内的溶液小心搅匀，然后将三个烧杯放入恒温槽内3) 将金属样品分别用 0号及00号砂纸打磨，使表面达到尽可能光洁，用螺旋 测微器测量钢样每边长，并其出其表面积4) 将钢样用水洗涤，然后浸入丙酮中除油3—5min取出干燥，并称其重量5) 当烧杯内溶液的温度达到60C后，用钢样挂在小钩上，再浸入溶液中，各 个试样离面距离应相等6) 经过3h的浸渍后，将钢样取出，用水洗涤后立即投入丙酮中，再取出干燥 之。

7) 将钢样用铁丝(不能用铂丝)悬挂于 10%柠檬酸胺中作阴极处理，处理时电 流密度为1A / dm2，经40 min后，取下钢样，用水洗，浸入丙酮，再干燥称出 重量继续通电处理，此后每20 min 一次，直到恒重为止4．数据记录实验温度: 气压： 实验条件钢样重/ g实验前 实验后耗损质量/g钢样面积 /cm2溶解速 度缓蚀效率纯酸酸加六次甲基四胺酸加乙醇胺5．结果处理 根据钢样腐蚀后失重，求出腐蚀速度及腐蚀效率注：1.不用高温恒温槽，则可在常温下浸渍三天2. 在工业上选择缓蚀剂时，还应进行氢脆实验应用分析方法实验十四 FIA—FAAS 联用富集测定环境水样中痕量金属污染物一、实验目的1．了解流动注射与火焰原子吸收的联用技术 2．掌握流动注射火焰原子吸收测定金属离子的工作原理 3．掌握实际样品测定时干扰的消除二、实验原理 分离富集技术是改善和提高现代分析仪器检出限的有效方法对痕量组分分 离富集的方法很多，比如传统的分离富集方法如沉淀，共沉淀，萃取分离等近 年来各种吸附剂及树脂的应用有了很大发展，吸附剂能对某些痕量成分进行选择 性吸附，其吸附机理随吸附剂的结构、性能不同而不同上世纪 90 年代以来， 更多的传统吸附剂通过改性，在母体上引入具有选择性吸附或螯合功能基团，以 实现对单一成分或多种成分的选择性分离富集。

利用此类吸附剂进行分离富集具 有富集倍数大、操作简便等特点， 广泛应用于冶金、医药、环保等方面但是 由于都是手工操作分离富集，烦琐费时， 难以满足灵敏度的要求而流动注射 预富集可以有效地分离富集被测物，消除基体效应，且快速，试剂消耗也可以减 少到手工操作的百分之几，同时对环境要求不象手工操作那样严格，可以使许多 金属离子的特征浓度提高数十倍，获得满意的结果由于流动注射富集技术 可以灵活的结合经典的分离富集技术如：液－液分离、液－固分离、沉淀－溶解 分离、共沉淀－溶解分离、气－液分离等方法，因此近年来在微量和超微量分析 中被广泛采用FIA—FAAS联用的工作流程如下图所示阀血肌紐泌勵轴工删廻示辭协_Kii-^SS走；一逛同;[Hi p ~肉子玄腌鉉捋一水:疥j3—应沖沖述jIB—&IOS®彌一应谧g点朋―噫子型。