金属腐蚀理论及腐蚀控制答案.docx
- 文档编号:12816706
- 上传时间:2023-06-08
- 格式:DOCX
- 页数:39
- 大小:236.58KB
金属腐蚀理论及腐蚀控制答案.docx
《金属腐蚀理论及腐蚀控制答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《金属腐蚀理论及腐蚀控制答案.docx(39页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
金属腐蚀理论及腐蚀控制答案
《金属腐蚀理论及腐蚀控制》
习题解答
1•根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V-和年腐
蚀深度Vp,并进行比较,说明两种腐蚀速度表示方法的差别。
表1碳钢和铝在硝酸中的腐蚀试验数据
试验介质
30%HNO3,25C
试样材料
碳钢
铝
矩形薄板试样尺寸(mm)
20403
30405
腐蚀前重W°(g)
18.7153
16.1820
浸泡时间t(hr)
45
45
腐蚀后重W1(g)
18.6739
16.1347
解:
由题意得:
(1)对碳钢在30%HNO3(25C)中有:
V"△WT/st
=(18.7153-18.6739)/452弋0冷0+20X3+40>30)>0.000001
=0.4694g/mfih
又有d=m/v=18.7154/20X0».003=7.798g/cm2?
i
Vp=8.76V-/d=8.76X0.4694/7.798=0.53mm/y
对铝在30%HNO3(25C)中有:
VNW"铝/st
=(16.1820-16.1347)/2(3(K40+30X5+40X5)X5X0-6
=0.3391g加?
d=m铝/v=16.1820/3040^X5>O.001=2.697g/cm3
说明:
碳钢的v—比铝大,而Vp比铝小,因为铝的密度比碳钢小
(2)对不锈钢在20%HNO3(25C)有:
2
表面积S=2nxo.oi5+2nXO.015X004=0.00179m2
V—=W—/st=(22.336722.2743)/0.00179400=0.08715g/m2?
!
试样体积为:
V二n1.52>0.4=2.827cm3
d=W/V=22.3367/2.827=7.901g/cm3
Vp=8.76V-/d=8.76X0.08715/7.901=0.097mm/y
2
对铝有:
表面积S=2n0.02+2讯.020.005=0.00314nf
V—=W—/st=16.9646-16.9151)/0.0031420=0左882g/
2
试样体积为:
V=nX2>0.5=6.28cm3
d=W/V=16.9646/6.28=2.701g/cm3
Vp=8.76V-/d=8.76X0.7882/2.701=2.56mm/y
试样在98%HNO3(85C)时有:
对不锈钢:
V—=W—/st
=(22.3367-22.2906)/0.001792=12.8771g/m2?
h
Vp=8.76V-/d=8.76X12.8771/7.901=14.28mm/y
对铝:
V—=W—/st=(16.964616.9250)/0.0031440=0.3153g/mF?
i
Vp=8.76V-/d=8.76X0.3153/2.701=1.02mm/y
说明:
硝酸浓度温度对不锈钢和铝的腐蚀速度具有相反的影响
3.镁在0.5mol/LNaCI溶液中浸泡100小时,共放出氢气330cm3。
试验温度25C,压力
760mmHg;试样尺寸为20200.5(mm)的薄板。
计算镁试样的失重腐蚀速度Vp。
(在25C
时水的饱和蒸汽压为23.8mmHg)
解:
由题意得:
该试样的表面积为:
66
S=202O杀0+20>0.5+20>0.5)枪=840X10m2
压力P=760mmHg-23.8mmHg=736.2mmHg=98151.9Pa
根据PV=nRT则有放出的氢气的物质的量为:
6
n二PV/RT=98151.9>330於0/8.315(25+273.15)=0.01307mol
2
又根据Mg+2H—>Mg+H
Mg腐蚀的量为n(Mg)=0.01307mol
6
所以:
V—二nMMg)/St=0.0130724.3050/84010X100=3.7817g/打⑦
查表得:
dMg=1.74g/cm3
有:
Vp=8.76V—/d=8.763.7817/1.74=19.04mm/y
4.表面积4cm2的铁试样,浸泡在5%盐酸溶液中,测出腐蚀电流为Icor=0.55mA。
计算铁
试样的腐蚀速度V-和Vp。
解:
由题意得:
根据V—=A/nF=icor可知
V—=(A/nF)Icor/s
=55.845>0.550.001/226.84>0.0001=1.4326g/m2?
!
查表得d(Fe)=7.8g/cm3
Vp=8.76V—/d=8.761.4326/7.8=1.61mm/y
即铁试样的腐蚀速度V=1.4326gff*hVp=1.61mm/y
第二章
1.将铜片和锌片插在3%NaCl溶液中,测得铜片和锌片未接通时的电位分别为+0.05V和O83V。
当用导线通过电流表把铜片和锌片接通,原电池开始工作,电流表指示的稳定电流
为0.15mA。
已知电路的欧姆电阻为200。
(1)原电池工作后阳极和阴极的电位差Ec-Ea=?
(2)阳极极化值Ea与阴极极化值Ec的绝对值之和Ea+Ec等于多少?
(3)如果阳极和阴极都不极化,电流表指示应为多少?
(4)如果使用零电阻电流表,且溶液电阻可以忽略不计,那么电流达到稳态后,阳极与
阴极的电位差Ec-Ea、阳极极化值与阴极极化值的绝对值之和Ea+Ec等于多少?
电
流表的指示又为多少?
解:
由题意得:
(1):
根据Ec-Ea=IR则有:
Ec-Ea=IR=0.51m/V<200欧=30mV=0.03V即原电池工作后阳极和阴极的电压差Ec-Ea=0.03V
(2):
△Ea=Ea-EoaEc|=Eoc-Ec
△Ea+△Ec|=Ea-Eoa+Eoc-Ec=(Eoc-Eoa)-(Ec-Ea)
=0.05+0.83-0.03=0.85V
即阳极极化值△Ea与阴极极化值△Ec的绝对值之和为0.85V。
(3):
如果阳极和阴极都不极化,则有Pc=0,Pa=0
Icor=(Eoc-Eoa)/R=(0.05+0.83)/200=0.0044A=4.4mA即电流表指示应为4.4mA。
(4):
当使用零电阻电流表时有,阳极与阴极的电位差Ec=Ea,则
有:
电位差Ec-Ea=0
由
(2)知:
△Ea+△Ec|=(Ea-Ec)-(Eoa-Eoc)=0-(-0.83-0.5)=0.88V
3
Pc+Pa=(Eoc-Ec+Ea-Eoa)/lcor=(0.88-0.03)/0.1510x=5666.7Q
I=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)=(0.05+0.83)/5666.7=0.000155A
2.某腐蚀体系的参数为:
E0a=-0.4V,Eoc=0.8V,Ecor=-0.2V。
当R=0时,Icor=10mA,该腐蚀电池属于什么控制
类型?
如果欧姆电阻R=90,那么Icor=?
腐蚀电池又属于什么控制类型?
解:
由题可知:
当R=0时有:
Icor=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa)
2
Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/気=(0.8+0.4)/10X0=120Q
3
Pc=(Eoc-Ec)/Icor=(0.8+0.2)/101$=100Q
则有Pa=120-100=20Q
因为Pc>>Pa,所以该电池属于阳极极化控制。
当欧姆电阻R=90Q时有:
Icor=(Eoc-Eoa)/(Pc+Pa+R)=(0.8+0.4)/(120+90)=5.71mA
因为R与Pc接近,所以该腐蚀电池为欧姆电阻和阳极极化共同控制
第三章
1.在下列情况下,氧电极反应的平衡电位如何变化:
(1)温度升高10C(取P02=1atm,pH=7)。
⑵氧压力增大到原来的10倍(温度25C)。
⑶溶液pH值下降1单位(温度25C)。
解:
在中性溶液中,阴极的反应为:
O2+2H2O+4e=4OH-
其平衡位则为Ee=E0(oh-/o2)+RTln(P02/aOH-)
nF
(1)当温度升高10C后有:
Ee=E0(0H-/02)+型xln(Po2/aOH-)
nF
=E+RTIn(Po2/aOH)+105InPo2/aOH-
nFnF
nF
则平衡电位变化量△Ee仁Ee,-Ee=10RIn(Po2/aOH-)
=10RInP02-空InaO
nFnF
又因InaOH=2.3lga:
H,则有lgaoh=pH—14
所以:
△Ee1=10X8.314/(496500)x
InPo2-10X.314/(496500)XX2.3X7-14)
=0+0.01387=0.0139V>0
即:
温度升高10C后平衡电位正移0.0139V。
(2)当氧压力增加到原来的10倍时
Ee''=E+RTIn(10Po2/aOH)=E+RTln10+RTIn(Pe/aOH-)2nFnFnF
nF
△E2=Ee'—Ee=RTln10
=(8.314298.15)/(496500)X.3
=0.0148V>0
即氧压力增大到原来的10倍时有氧电极平衡电位正移0.0148V
(3)当溶液pH值下降1时有
Ee"'二E+RTIn(Po2/aOH-)=E+RTlnPo2—4RTIna°H-
3nFnFnF
△E3=Ee'—Ee=E+RTlnP02—迥Ina°H—(E+RTlnP02—4RTIn
aOH
=RTX2.3=8.315298.152.3=0.0591V>0F96500
即pH值下降1个单位,氧电压反应平衡电位正移0.0591V
2.将铁置于饱和空气的碱溶液(pH=10)中,按阳极反应为
(1)Fe+Fe2++2e
(2)Fe+20H-=Fe(OH)2+2e
计算腐蚀倾向,二者是否相同?
为什么?
解:
在pH=10的碱溶液中,去极化还原反应为:
O2+2H2O+4e=40H
Ee二E(0H-/02)+RTIn(Pa/aOH-)
nF0059116
=0.401+00591lg(O.21/lo)
=0.627V
2
(1)当阳极反应为Fe=Fe+2e
亠2
有Fe+2OH=Fe(OH)2J
查得KSPFe(OH)2=1.87>1015
2215
a(Fe)=KspFe(oH)/a【oH]=1.87>0/10
由:
Fe=Fe2+2e
2
又有Eea=-0.440+0.02955lga(Fe)
7
=-0.440+0.02955lg1.81>
=-0.639V
(2)当阳极反应为Fe+2oh=Fe(OH)2+2e查表有Ee?
=-0.875V[OH]=104mol/L
Fe/(OH)2L」
RT4
Ee=E0+RTIn(1/a[OH])
nF
4
=-0.875+(8.315298.15)/(296500)>X2.3lg10
=-0.639V
综上则有两种计算所得结果相同,即二者的腐蚀倾向一样
3.将两根铜棒分别浸于0.01mol/LCuSO4溶液和0.5mol/LCuSO4溶液,组成一个金属离子浓差电池。
(1)哪一根铜棒是阳极,哪一根铜棒是阴极?
(2)写出阳极反应和阴极反应,计算其平衡电位。
该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是多少伏?
2
解:
(1)铜棒在0.01mol/LCuSO4溶液中时有:
Cu=Cu+2e
「2
查表得:
丫(Cu)=0.41
又根据Ee=E0+RTIna(Cu2)
Cu/cu2nF/
0059
=0.337+0059lg(0.01041)=0.266V
2
2
当铜棒在0.5mol/LCuSO4溶液中时有:
丫(cu)=0.0668
Ee=E°+RTIna(Cu2)'
Cu/cu2nF
0059
=0.337+号产lg(0.5(M)668)
=0.293V
因为EeC/2 0.5mol/LCuSO4溶液中电位低。 故有铜在0.01mol/LCuSO4溶液中作 阳极,而在0.5mol/LCuSO4溶液中的铜棒作阴极。 2 (2)阳极反应: Cu二Cu+2e 其平衡电位Eea=0.266V 阴极反应Cu+2e=Cu,其平衡电位Ee=0.293V (3)Eec=EeC/2=0.293V '/Cu/cu2 而Eea=Ee=0.266V Cu/cu2 有腐蚀倾向Eec—Eea=0.293—0.266=0.027V=27mV 第四章 1表面积为20cm2的铁样品浸泡在PH=1的除氧酸溶液中,经过50h试验,测得了铁样品 的损失质量为o.1g,已知在铁的表面上析氧反应符合Tafel公式n=-0.64-0.125lg|i|,n的单 位为V,i的单位为A/cm2,试计算: (1)样品厚度的减少厶h(mm); (2)铁电流的腐蚀电流密度icor(A/m2); (3)铁试样的腐蚀电位Ecor。 w 解: (1)根据失重腐蚀V-=— st V •••Vp=8.76=8.76X/7.8=1.12mm/y dfc A ⑵根据vicor可知有: nF 2 0.9606A/m 阴极反应2H++2e=H2 当pH=1时其平衡电位 Eec=-0.0591pH=-0.0591X1=-0.059(V) 在腐蚀电位下,阴极反应过电位: c=Ecor-Eec=-0.64—0.125lg|icor|(V) 所以Ecor=-0.64-0.125lg|icor|+Eec =-0.64-0.125X(lg0.9606X10-4)—).059 =-0.707V(vsSHE) =-0.707V—.242=-0.949(vsSCE) 2 2.海水中的含氧量为3.2mg/L,求一年中锌的消耗量? (氧的扩散层厚度为10cm,扩 散系数为D=1.9X10-5cm2/s,Zn的原子量为65.4)。 解: 由题知有: 在海水中阴极反应为: O2+2H2O+4e=4OH- 在稳定条件时有: |ic|=Nf|dN|=nFDc—— dt b rsC 当c减小到零时有|ic|=id=nFD- =4X26.8A.h/mol 1刈10-5cm2/s92mg/L/102cm 32g/mol -5-3-4-3 =[426.8沐.9X0X3.2氷03/(32杓4)]3600XI0X103 =0.7332A/m2 •••icor=id=0.7332A/m 查表得dzn=7.1g/cm3Zn-2e=Zn2+ •有腐蚀深度 V Vp=8.76—— dzn 8.76A. Icor dnF 8.7665.40.7332/(7.1226.8) 1.104mm/a A2 失重腐蚀速度: V-=icor65.40.7332/226.80.8956g/m2.h nF 3对如下两个电极系统: (a)Hg—0.1mol/LHCI (b)Pt—1mol/LH2SO4 分别进行阴极极化,测量数据列于表1。 要求: (1)分别画出在汞电极上和铂电极上析氢反应的阴极极化过电位曲线。 (2)图上求Tafel斜率bc和交换电流密度i0。 ⑶为了使电位偏离平衡电位+10mV,需要通入多大的外加极化电流(取n=1)? 比较两个电极的极化性能。 表1阴极极化实验数据(25C) 极化电流密度ic (A/m2) 极化电位E(V,vsSCE) Hg电极 Pt电极 5X103 -0.5370 2.5X103 -0.4991 103 -1.6164 -0.4511 5X102 -1.5780 -0.4040 102 -1.5085 -0.3362 10 -1.3815 1 -1.2665 解: (1)对于Hg电极有: 阴极反应: 2H++2e-=H2有丫=0.796 RT2 •••Eec=In(2H)0.0591lg(0.10.796)0.065(V) nF 3 当|ic|=10A/m2即lg|ic|=3时有 2 当|ic|=10时,lg|ic|=2,y 当|ic|=10时,lg|ic|=1,y 当|ic|=1时,lg|ic|=0,y 对于Pt电极有: 2H++2e=H2,当H2SO4为1mol/L时Y=0.13 RT2 •Eec=ln(2H)20.0591lg(20.13)0.035(V) nF 当|ic|=5W3a/m即lg|ic|=3时有: yEEec0.5370(VsSce)0.035(0.53700.242)0.0350.26(V)当 |ic|=510? 时,lg|ic|=3.4,y0.49910.2420.0350.222(V) 当|ic|=103时,lg|ic|=3,y0.45110.2420.0350.171(V) 当|ic|=5102时,lg|ic|=2.7,y0.33620.2420.0350.059(V) 当|ic|=102时,lg|ic|=2,y0.33620.2420.0350.059(V) 极化曲线如下: 位-0.6- 电-0.8- -0.96仁0.117lgi0 ②对于Pt-1mol/LH2SO4有: 斜率 °・26(°.176)0.112 3.753 •Tafel斜率bc=0.112V 当|ic|取1时有e=0.180V,即氢过电位a=0.180V •••由塔菲尔公式: cbclgi0,代入有: 0.180=-0.112lgi0 得i0=40.46A/m2 (3)当极化值厶E=10mv时,属于微极化范畴,由Fanardy方程式: i=n/Rf ①对于Hg-0.1mol/LHCI有: Rf=RT/(i0nF)=8.314198/(96500>10'7.265)=4.755X105Q iHg=n/Rf=0.01/4.7551012.1X0'8A/m2 ②对于Pt-1mol/LH2SO4有: Rf=RT/(i°nF)=8.314送98/(96500>101.607)=6.346XI0-4Qipt=n/Rf=0.01/6.3461O-X=16A/m2 4•铂电极在充氧的中性水溶液中进行阴极极化,电极表面发生氧离子化反应。 利用氧离子 化反应的动力学参数 (bc=0.110V,i0=1.198X10-6mA/cm2 =1.198X10-5A/m2),计算当ic= 7X10-2mA/cm2时, 阴极极化过电位,其中浓度极化过电位 浓和活化极化过电位活各占多 大比例? 扩散层厚度取 =10-2cm,水中溶解氧浓度为3.2mg/L 。 比较氢电极反应和氧电极反应的阴极极化特征。 解: 浓度极化时有: Cb3.2mg/L3.2103g/L 3 3.2g/L104mol/L 32g/mol 极限扩散电流密度id nFDC时代入数据,则有: 2 0.733A/m 1.9105104m2/h3600104103mol/m3 活化极化时有: |ic| yc活bclg0- i •••阴极极化的过电位 yc 0.148( 0.525) 0.673V •有: Wy活 yc活 yc 0S100% 78% Wy浓 yc活 yc 0^100%22% 0.673 所以氧电极受浓度极化与活化极化共同控制,活化极化控制。 其中活化极化占大部分, 而氢电极主要受 5.一个活化极化控制腐蚀体系,阴极反应和阳极反应的交换电流密度为i;、i;;Tafel斜率 为bc、ba;腐蚀电位满足条件EeaEcorEec。 设加入阴极性缓蚀剂,使阴极反应受到抑制,阴极反应交换电流密度改变为 定其他参数都不改变,此时腐蚀电位负移到Ecor,腐蚀电流密度下降到icor (i0)。 假 (1)作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极化曲线图。 (2)用图解法求腐蚀电流密度的变化r=icor/icor和腐蚀电位的变化E=Ecor-Ecor。 解: 极化曲线如右图; 由 (1)的极化曲线利用图解法求解得: 在△ABC中,1.2直线段位两平行线,则有: batanCD,bctanCDDBAD ba,bc分别为未加入缓蚀剂时阳极反应和 加入缓蚀剂后阴极反应的Tafel斜率: 根据 DB DB AB AB ADDB CD (DC(CDCD AD"Bd D if I. 未fel缓烛剂 .时的刃极概化曲线 (bc )1 由图可知有: DB (lglicor'llglJor I) (lg^)1,ab icor 1AB,即DB (lg|ic0'| lg|ic01) ・o ic1 (lg0) lgld icor1 (lg厂)(cD 1cor AD CD BD CD : BD |ic lg icor icor i0'bcba^,又 bc Ecor'Ecor CD CD BD BD, EEcor'Ecor ba bc babc lg孚 ic babc ba bc lg孚 ic 6.一个阳极反应受活化极化控制、阴极反应受浓度极 化控制的腐蚀体系,阴极反应的极限扩散电流密度为 id,腐蚀电位为Ecor。 由于搅拌使阴极反应的极限扩散电流密度上升 到id,阳极反应参数不变;腐蚀电位正移到E
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 金属腐蚀 理论 腐蚀 控制 答案
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)