金属腐蚀理论及腐蚀控制答案

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1、金属腐蚀理论及腐蚀控制(跟着剑哥走，有肉吃。)习题解答V-和年腐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 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% HNO 3, 25 C试样材料碳钢铝矩形薄板试样尺寸(mm)20 40330 40 5腐蚀前重Wo(g)18.715316.1820浸泡时间t (hr)4545腐蚀后重W1(g)18.673916.1347解：由题意得：(1) 对碳钢在30%HNO3( 25 C )中有:V = W /st=(18.715318.6739)/45 X 2X (20 X

2、40 + 20 X 3 + 40 X 30) X 0.000001=0.4694g/ m?i又有 d=m/v=18.7154/20X 40 X 0.003=7.798g2TiVp=8.76V - /d=8.76 X 0.4694/7.798=0.53mm/y对铝在30%HNO3(25 C )中有：V= W铝 /st=(16.1820-16.1347)/2 X (30 X 40 + 30 X 5+ 40 X 5)1X45 X=0.3391g/？d=m 铝/v=16.1820/30x 40x 5X 0.001=2.697g/cm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

3、锈钢在20%HNO3( 25 C )有：2表面积 S=2nx 0.015+ 2nX 0.015 x 0.004=0.0017S2V= W /st=(22.3367-22.2743)/0.00179 400=0.08715 g/m2?h试样体积为：V=nX52x 0.4=2.827 cm3d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3 Vp=8.76V /d=8.76 x 0.08715/7.901=0.097mm/y2对铝有：表面积 S=2nx 0.02+ 2nX 0.02 x 0.005=0.0031m2V= W /st=(16.9646-16.9151)/0.00314 x

4、 20=0.78m2ig/2试样体积为：V= nx 2x 0.5=6.28 cm3d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm 3Vp=8.76V /d=8.76 x 0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在 98% HNO3(85 C )时有：对不锈钢：V = W /st=(22.3367-22.2906)/0.00179x 2=12.87m712?hg/Vp=8.76V - /d=8.76 x 12.8771/7.901=14.28mm/y对铝：V= W /st=(16.9646-16.9250)/0.00314 Mg + H 2Mg 腐蚀的量为 n(Mg)=0.0

5、1307mol所以： V =nM(Mg)/St=0.01307 X 24.3050/8400 xX 100=3.7817 g/ m2?h查表得：dMg=1.74 g/cm3有： Vp=8.76V - /d=8.76 X 3.7817/1.74=19.04mm/y4.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=i cor可知V = ( A/nF ) I cor/s=55.845 X 0.55 X 0.001/2 X 26.8 X 4X 0.0001=m4B26g/查表得 d(Fe)=

6、7.8g/ cm3Vp=8.76V - /d=8.76 X 1.4326/7.8=1.61mm/y即铁试样的腐蚀速度 V =1.4326 g/ *th Vp=1.61mm/y第二章1. 将铜片和锌片插在 3%NaCI溶液中，测得铜片和锌片未接通时的电位分别为+0.05V和-0.83V。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

7、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=0.51mA X 20(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-Eoa | Ec|=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0.8

8、5V。(3) :如果阳极和阴极都不极化，则有Pc=0 , Pa=0I cor=(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)=0.88V3Pc+Pa=(Eoc-Ec + Ea-Eoa)/I cor=(0.880.03)/0.15 1CX =5666.7 Ql=(Eoc-Eoa)/ (Pc+Pa)=(0.05 + 0.83)/5666.7=0.

9、000155A2. 某腐蚀体系的参数为：E 0a = -0.4V , Eoc = 0.8V , Ecor = -0.2V。当R = 0时，1河=10mA，该腐蚀电池属于什么控制类型？如果欧姆电阻 R = 90 ，那么I cor = ？腐蚀电池又属于什么控制类型？解：由题可知：当R=0时有：I cor=(Eoc-Eoa)/( Pc+Pa)2Pc+Pa=(Eoc-Eoa)/lcor= (0.8+0.4) /10 X10=120 Q3Pc=(Eoc-Ec)/ I cor=(0.8 + 0.2)/10 1 耳=100 Q则有 Pa=120-100=20 Q因为PcPa，所以该电池属于阳极极化控制。当欧

10、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 10 C (取 P02 =1atm , pH = 7)。 氧压力增大到原来的 10倍(温度25 C)。溶液pH值下降1单位(温度25 C)。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)+ RT ln(Po/ aOH -)nF(1) 当温度升高10C后有：Ee = E(。出/。2)

11、+ R(T 10) Xln (P02/ aOH -)nF=E+ RT ln(P6/ aOH)+ 空 In PC2/ a- nFnF则平衡电位变化量 Ee1= Ee - Ee= In (Po2/ a；-) nF=W5 In PC2 -空 In a；H-nFnF又因 In a；H=2.3lga；H，则有 lga oh =pH 14所以： Ee仁10 x 8.34/(4 x 96500) xIn PO2-10 x 8.34/(4 x 96500) x 4X 2314X7=0+0.01387=0.0139V0即：温度升高10 C后平衡电位正移0.0139V。(2) 当氧压力增加到原来的10倍时Ee =

12、E + RT ln(10Po/aOH)二E + 史 In 10 + 巴 In (Po2/ a；H -) 2nFnFnF E2= Ee Ee =RTln10nF=(8.314x 298.15)/(4 x 96500) x 2.3=0.0148V0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 + RT In (PO2/ aOH -)=E + 竺 ln Po2 4RT In aH -3nFnFnFAE3= Ee Ee=E + RT ln P02 4RT In aOH (E + RT ln Po2 nFnFnF4RTnFaOH )4RT4R

13、T2.3(ph 14) + 4RT2.3(pH 14)nFnFx 2.3= F8.315 蠶5 23=0-0591V0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 + 2OH - = 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+4 e =4 OHEe=E(oh-/o2)+In (Pq/ a：H -)nF0 0591 16=0.401 + 00591 lg(0.21/10)=0.627V

14、2(1)当阳极反应为Fe= Fe + 2e有 Fe + 2OH=Fe(OH)2j15 查得 KSP Fe(OH)2=1.87 沁0221587a(Fe)=Ksp Fe(oH)/aOH =1.87 X10/ 10=1.87 用0 mol/L由：Fe= Fe 2 + 2e2又有 Eea= -0.44C+ 0.02955lg aFe)7=-0.440+ 0.02955lg1.8 10 X=-0.639V(2)当阳极反应为Fe+ 2oh=Fe(OH)2 + 2e查表有 Ee ?=-0.875VOH= 10 4 mol/LFe/(OH)2L RT4Ee=E0 + In (1/aOH)nF4=-0.875

15、+ (8.315 X 298.15)/(2 X 96500) X2X 2.3lg=-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/L CuS0 4溶液和0.5mol/L CuSO 4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0.01 mol/LCuSO4溶液中时有：Cu=Cu+ 2e2查表得：丫 (Cu)=0.41又根据 Ee =E0 + RT In a(Cu 2 )Cu /cu2nF/0 059=

16、0.337+ 0059 lg(0.01X 0.41)=0.266V22当铜棒在0.5mol/LCuSO4溶液中时有：丫(cu )=0.0668Ee = E+ RT In a(Cu 2 )Cu /cu 2nF、/=0.337+ 学 lg(0.5X 0.0668)=0.293V因为Ee C / 2 Ee C / 2 ,即铜在0.01 mol/LCuSO4溶液中的电位比在 Cu / Cu 2Cu / Cu 20.5mol/LCuSO4溶液中电位低。故有铜在 0.01 mol/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Ee

17、a=0.266V阴极反应Cu + 2e =Cu，其平衡电位Ee =0.293V(3) Eec= Ee 2 =0.293VCu/cu2而 Eea=Ee = 0.266VCu / cu2有腐蚀倾向 Eec- Eea=0.293- 0.266=0.027V=27mV即该金属离子浓差电池的腐蚀倾向是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0.1g,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/cm 2，试计算：（1）样品厚度的减少厶h（mm）;（2）铁电流的腐蚀电

18、流密度icor（A/m2）;（3）铁试样的腐蚀电位Ecr。w0 12解：（1）根据失重腐蚀 V- =41g/m2.hst 20 10 4 50V Vp=8.76=8.76 X 1/7.8=1.12 mm/ydfch=Vp.t=1.12 X 50/（365 X 24）=0.0064m即样品的厚度加少量为0.0064mmA（2）根据vicor可知有：nFicornFVA2 26.8 155.80.9606 A/m2阴极反应2H+2e=H 2当pH=1时其平衡电位Eec=-0.0591pH= -0.0591 X 1= -0.059 (V)在腐蚀电位下，阴极反应过电位：c = Ecor Eec = -

19、0.64 0.125 lg | icor |(V)所以 Ecor = -0.64 - 0.125 lg | icor |+ Eec=-0.64 - 0.125X( lg0.9606X 10-4)- 0.059=-0.707V (vs SHE)=-0.707V - 0.242 = - 0.949 (vs SCE)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10 2 cm，扩散系数为D=1.9 X 105 cm2 /s,Zn的原子量为65.4）。解：由题知有：2在海水中阴极反应为：O +2H2O+4e=4OH在稳定条件时有：|i d=Nf| dN |=nFD cb

20、cS cdtb c当cs减小到零时有| i c |=id=nFD=4 x x 1.9 xciim2/s x 3.2mg/ L /10 2cm 32 g / mol=4 x 26.8 x 1.9xx03.2 x 1%(32 x1-0) x 3600 x 10 X3=0.7332A/m 22/ icor=id=0.7332A/m一3查表得 dZn=7.1g/cm2+Zn-2e=Z nV 有腐蚀深度Vp=8.76 dzn8.76 Ad nFi cor8.76 65.4 0.7332 /(7.1 2 26.8)1.104mm/ aA2失重腐蚀速度:V-=icor 65.4 0.7332/2 26.8

21、0.8956g/m2.hnF3对如下两个电极系统：(a) Hg 0.1mol/L HCl(b) Pt 1mol/L H 2SO4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。(3) 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(25 C)极化电流密度ic(A/m 2)极化电位E (V, vs SCE)Hg电极Pt电极5x 103-0.53702.5x 103-0.4991103-1.6164-0.451

22、15X 10当 |ic|= 5 10 时，lg|ic|=2.7, y-1.5780-0.4040102-1.5085-0.336210-1.38151-1.2665解：(1)对于Hg电极有：阴极反应：2H+2e-=H2有丫=0.796RT2 Eec=In(2H )0.0591lg(0.1 0.796)0.065(V)nF3当 |ic|=10 A/ m2即 lg|ic|=3 时有y E Eec1.6164(VsSce)0.065( 1.6164 0.242)0.0651.311(V)2同理有：当 |ic|= 5 10 A/ m2时，lg|ic|=2.7 时有：y 1.57800.2420.064

23、1.272(V)当 |ic|= 102 时，lg|ic|=2, y 1.50850.2420.0651.202(V)当 |ic|=10 时，lg|ic|=1, y 1.3815 0.2420.0651.080(V)当 |ic|=1 时，lg|ic|=0, y 1.26650.242 0.0650.961(V)对于 Pt 电极有:2H+2e=H 2,当 H2SO4 为 1mol/L 时 Y=0.13RT2 Eec=ln (2H )0.0591lg(2 0.13)nF当 |ic|= 5 x 10A/ m 即 lg|ic|=3 时有：y E Eec 0.5370(VsSce) 0.0350.035(

24、V)(0.53700.242)0.0350.26(V)当|ic|= 5 x 1(?时，lg|ic|=3.4, y 0.49910.2420.0350.222(V)当 |ic|=10 3 时，lg|ic|=3, y0.45110.2420.0350.171(V)0.33620.2420.0350.059(V)0.33620.2420.0350.059(V)2当 |ic|= 10 时，lg|ic|=2, y极化曲线如下：0.0V/位电过氢-1.4 Hg电极 一一 Pt电 极0 -0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.242Igic / (A/ m由图知直线斜率即为 Tafel斜率be,截距为

25、氢过电位 a。对于 Hg-0.1mol/LHCI 有：小牙 1.311 ( 0.961)斜率0.1173 0 Tafel 斜率 bc=- =0.117V当|ic|取1时有 c = -0.961V，即氢过电位 a= -0.961V由塔菲尔公式： c bclg i0，得:-0.96 仁 0.117lg i则：lg i0 =-7.265即 i =5.4 X_810 A/m对于 Pt-1mol/L H 2SO4 有：0.26 ( 0.176)小 一 c斜率0.1123.75 3 Tafel 斜率 bc=0.112 V当|ic|取1时有 c = 0.180V，即氢过电位 a= 0.180V由塔菲尔公式：

26、c bclg i0,代入有：0.180= -0.112lg 0得 i0 =40.46A/ m 2(3 )当极化值厶E=10mv时，属于微极化范畴，由Fanardy方程式：i= nRf对于 Hg-0.1mol/LHCI 有：Rf=RT/ (i0nF) =8.314 X 298/ (96500X 10-7.265) =4.755X 105QiHg=例=0.01/4.755 X 105 =2.1 X 10-8 A/m 2对于 Pt-1mol/L H 2SO4 有：Rf=RT/ (inF) =8.314 X 298/ (96500X 101.607) =6.346 X 10-4Qipt= r/Rf =

27、0.01/6.346 X 10-4=16 A/m 24. 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 (be = 0.110V, i0 = 1.198X 10-6 mA/cm 2 = 1.198X 10-5A/m 2)，计算当 ic = 7X 10-2 mA / cm 2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。解：浓度极化时有：3 210 3Cb 3.2mg/L3.2 10 3g/Lg/L 10 4 mol / L32g/mol比较氢电极反应和氧电

28、极反应的阴极极化特征。极限扩散电流密度id时代入数据，则有:nFDC bid 4出皿0120.733A/m yc 浓bclg(1吗 0.110 lg(1id0.525V1.9 10 510 4 m2/h 3600 10 4 10 3mol/m3活化极化时有:|ic |yc 活bc lg 0-i0.110lg 1.1980.75研0.110 |g(0.58 * 10 )0.525V阴极极化的过电位yc0.148 (0.525)0.673V有:Wy活yc活yc0525 100%0.67378%Wy浓yc活yc100% 22%0.673其中活化极化占大部分,而氢电极主要受所以氧电极受浓度极化与活化极

29、化共同控制, 活化极化控制。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i0、i0 ； Tafel斜率为be、ba ；腐蚀电位满足条件EeaEcorEec。定其他参数都不改变，此时腐蚀电位负移到E cor，腐蚀电流密度下降到i cor(1)作加入缓蚀剂前后腐蚀体系的极化曲线图。(i0)。假(2) 用图解法求腐蚀电流密度的变化r = i cor / icor 和腐蚀电位的变化E = E corEcor o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：ba tanCD, be tan CDDBADba, be分别为未加入缓

30、蚀剂时阳极反应和加入缓蚀剂后阴极反应的Tafel斜率:根据CDDBDBABABDBABAD DB(cddcCd)1即旖AAD BD由图可知有：DB (lglicorl lglicor I) (lg) 1, ABIcor.000ic 1(lg|ic | lg|ic |) (lgo)ici cor 1(lg )i corCD(BD ) 1i CD CD 丿AD BD(lg|ic0|) 订)lgIcori corbebe ba0 i c lg icEcorEcorCDCDBDBD,EcorEcorbabeba belg0ic 0-icbabeba be0ic 0-ic设加入阴极性缓蚀剂，使阴极反应受

31、到抑制，阴极反应交换电流密度改变为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 E coro由于搅拌使阴极反应的极限扩散电流密度上升 到i d，阳极反应参数不变；腐蚀电位正移到E(1)作腐蚀体系的极化曲线图。(2 )用图解法求腐蚀电位变化E = EEcor o解：(1)极化曲线如右图；(2)由(1)极化曲线可知，在 ABC中阳极反应的Tafel斜率ba tanACAB腐蚀电位变化E Ecor EcorAC AB tan(lg | id | lg | id |)tanbalgJ|id |第五章思考题:1交换电流密度的概念及意

32、义，与电极反应极化性能的关系；过电位和电极反应速度的关系。动力学方程的一般表达式；Tafel方程式的数学形式、图形表示以及适用条件；极限扩散电流密度 的计算。答：析氢腐蚀的阴极反应是氢离子的还原反应，发生电学腐蚀的条件是Eea Me/Men Eec,所以铜不可能发生析氢腐蚀生成2Cu(2)由题意可知，铜的氧化反应为Cu+ 2cn= Cu(CN)2+ e该电极反应的标准电位E =-0.446V则铜氧化反应的平衡电位为o RTEea=E + In Cu(CN)2/( CN X CN )42=-0.446+ O.O591lgo/ 0.5=-0.647V在PH=10的除氧硫酸铜溶液中有2H + 2e

33、= H 2析氢反应的平衡电位 Eec二0.0591 x PH=.0591 x 10=.591V由电位比较准则知EecEea所以铜能发生析氢腐蚀。其腐蚀倾向 E=Eec Eea=-0.591-(-0.647)=0.056V=56mV2. (1)推导氢电极反应交换电流密度i0与溶液pH值的关系式。i0 = 2.5 x 10-6A/cm2 ,在 0.01mol/L 盐 在1mol/L盐酸溶液中，Fe表面上氢电极反应的酸溶液中Fe表面上氢电极反应的i0 = ?(取Tafel斜率b = 0.118V)。(3) 当酸溶液的pH值改变一个单位，氢电极反应的Tafel公式中的a的绝对值a改变多少伏？解：(1)

34、由 jo= nF k C 円 exp(-Eec/ )两边同时去对数得lnjo=lnnF k C 円 exp(-Eec/)其中 Eec= lg h =-2.3 PHnF代入式中得2.3 lgjo=2.3lg( nFk 即 lgjo= lg(nFk c=lg( nFk) PH + PH 令 lg(nFk)=k=常数，取 =0.5)+ (2.3PH)/)+PHJ则有 lgjo=k PH + 0.5PH= k 0.5PH即氢电极反应交换电流密度jo与溶液PH值的关系式为lgjo=k 0.5PH(2)在 1mol/L HCl 溶液中:c(H)=1 mol/LPH二-lg H =-lg 1=0又 lg二k

35、 0.5PHlg(2.5 1% 6)=k 0得 k=-5.6当为0.01mol/L HCl溶液时 不考虑活度，a H+ =0.01 mol/L PH=- lg H =-lg0.01=2lg二k 0.5PH=-5.6-0.5 x 2-6.6=10 66 =2.5 X10 ?A/cm2 考虑活度系数，在1mol/L HCl溶液中h 活度系数为0.809PH=-lg H =-lg0.809=0.092又 lg二k 0.5PH6lg(2.5 1X )=k 05 x 0.092即 k=-5.556在0.01mol/L HCl溶液中，活度系数为0.9043PH=-lg H =-lg(9.04 X )=2.

36、044lg二k 0.5PH=-0.556-0.5 X 2.044=-6.578i o=2.65 X0 7 A/cm26 6即在0.01mol/L HCl溶液中，不考虑活度系数io=10. =2.5 X10A/cm 2，考虑活度系数=2.65 X0 7 A/cm2。(3) PH值改变一个单位时,a=0.118 Igj又 lg=( k- 0.5pH) (k 0.5 pH=0.5(pH一 PH)=0.5得 a =0.118 X 0.5=0.059V=59mV即当酸溶液PH值改变一个单位，氢电极反应Tafel的公式中的a 的绝对值a改变59mV。3. 钢制容器用作酸溶液的中间贮槽，与酸溶液接触的表面积

37、为15m2,进入贮槽的酸溶液的工艺条件为：pH = 2.5， 25 C， 1atm，并含有 4.5mg/L 的溶解氧，流量 0.1m3/min。实验测出容器表面的腐蚀电位Ecor = -0.54V(vsSCE)。(1) 求钢容器的腐蚀速度。(2) 求流出的酸溶液中的氧含量。扩散层厚度取=5 X 10-3cm。解：(1)析氢反应阴极2H + 2e = H 2o RTEec= e + 乞 lnh X h /P h2nF2.5=0.0591lgH=0.0591 X |g)=-0.148Vlgjo=-5.602 0.5PH=-5.60205 X o6.8527即 i =10=1.41 X0 A/cm2

38、=Ecor + 0.242-Eec=-0.5+ 0.242- (-0.148)=-0.15Vroo0.15/0.1180.15/0.118由=-0.118lgic / i ic=j X10=1.41 X106c=2.6 X10A/cm 2吸氧反应o + 4H + 4e=2H O2 2bi ” =nFD C /d573=4 X 96500 X 1.9 1X (1.41 X )/(5 Xo ) X104=2.07 10A/cm2i = i + ic =2.07 X10cord4o+ 2.6 X0因 Vp=8.76 XV/d mm/y ,kAnFcorg/(川 h)=2.1 X10 A/cm2876

39、 x 西 X 2.1 X07.953.644X 10所以 Vp二 8.76/d XA X i =nF cor=2.43 mm/y(2)氧消耗速度为:(i d X S)/(Fn) X 60 X A=(2.07 X 15)/(96500 X 4) X 60X.354 g/min 流入酸中的氧流量为0.45 g/min所以剩余氧量为 0.45 0.154=0.296 g/min=2.96 mg/min即钢容器的腐蚀速度为 Vp=2.43 mm/y，流出的酸溶液中的氧含量为0.296 g/min,即为 2.96 mg/min。第六章1.铁和两种不锈钢在除氧的0.5mol/L硫酸溶液中的钝化参数列于表1

40、。(在不锈钢表面上析氢反应动力学参数采用铁的数据)(1) 这三种体系的阳极反应电流峰值ip分别为多少？(2) 如果要由通入氧气来使铁和不锈钢钝化，溶液中最少需要含有多少氧(mg/L) ?表1三种腐蚀体系的钝化参数材料溶液Ep (V)i 致(mA/cm )Fe0.5mol/L H 2SO4+0.46200Cr25不锈钢0.5mol/L H 2SO4-0.1825.4Cr25Ni3不锈钢0.5mol/L H 2SO4-0.112.0(1) 解：阴极反应：2H+ + 2eH2二 Eec 0.0591 lg H查表可得：当硫酸溶液为 0.5mol/L时，=0.154 Eec=0.0591lg0.5 2

41、 0.154= - 0.048Va blgjc ,其中 ic=|iC EP查表可得：a=-0.70V, b=0.125VEP Eec 0.460.0480.508V ic = |ic=2.17 10 (A/c m2)EP故二ip i致+3EP =20010+2171010200mA cm =0.2 A/c m2.对于Cr25不锈钢:E P E ec0.180.0480.132V ic = |ic=2.86 105 A/c m2EP故二ip i致+3=25.410 +2.86EP2.532210 A/c m.对于Cr25Ni3锈钢： E p Eec0.110.0480.062V ic = |ic

42、=7.87 106 A/c m2EP故二ip i致+3EP=2 10 +7.87 10310A/c m 2使铁和不锈钢钝化时应满足:ld i pb n FDc ip,即: nFD查表可得：D,F 26.8A.h/mol,59 10210 cm.对于Fe：22 10bc5nFD 4 26.8 1.93600130.273mol/L因为氧含量不能达到0.273mol/L,不能使Fe钝化.对于Cr25不锈钢2254 10510bc nFD 4 26.8 1.9133.46 10 2mol /L3600 10要使Cr25不锈钢钝化，溶液中的氧含量至少应为3.46 102 mol/L.对于Cr25Ni3

43、不锈钢:ipnFD32. 1054 26.8 1.9 10133600 1032.73 10 mol / L要使Cr25Ni3锈钢钝化，溶液中的氧含量至少应为2.73 103mol/L 2.如果钝化体系的真实阳极化曲线与真实阴极极化曲线相交产生三个点时，为什么会出现阴极极化电流现象？答：在自然腐蚀状态，金属可能发生活性溶解腐蚀，也可能钝化。在阳极极化过程中由于发生析氧反应，使阴极电流密度lie ia，从而造成i+ 0,表现为阴极电流，所以实测阳极极化曲线上将出现一段阴极极化电流区。第七章1金属表面的膜具有保护性的条件是什么？（1）体积条件（P-B比），氧化物体积与消耗的金属体积之比大于 1是氧

44、化膜具 有保护性的必要条件。（2）膜有良好的化学稳定性，致密，缺陷少，蒸气压低。（3）生成的膜有一定的强度和塑性，与基体结合牢固。否则，由于膜生长过程中体积膨胀产生的内应力向能造成膜的破裂和剥离。（4）膜与基体金属的热膨胀系数差异少， 在温度急剧变化时不致造成膜的破裂。2提高合金抗高温氧化性能的途径有哪些？（1）按Hauffe原子价定律，加入适当合金元素，减少氧化膜中的缺陷浓度。（2）生成具有良好保护作用的复合氧化物膜。（3）通过选择性氧化形成保护性优良的氧化膜。（4）增加氧化物膜与基体金属的结合力。在耐热钢和耐热合金中加入稀土元素 能显著提高抗高温氧化性能。3. 已知PdO在850 C时的分

45、解压力等于 500mmHg，在该温度下 Pd在空气中和1atm氧气中是否能氧化？解：由题意得：2P卄O2=2PdO的分解压力 P= 500mmHg =o.658atmPdO 760mmHg(1)在(850+ 273.15 K时，1atm中的自由焓变化为： G=RTIn Ppd0 =(8.314 X (850 + 273.15068l)J/mol Po21=-3909.86 J/mol=-3.91kJ/mol因为 P =1atm P =0.658atm，所以 G=-3.91kJ/mol0,根据自由焓准则知Pd在空气中不能被氧化4. 已知锌发生高温氧化时的P B比等于1.55,锌的密度为 7.1g

46、/cm3。在400 C经过120小时氧化，测出增重腐蚀速度为0.063g/m2 hr。锌试样表面氧化膜的厚度等于多少？解：由题意得：2Z n + O2=2Z nOVmeo MdP-B 比=(Mzno=81A=56)Vme nAD1.55=(81 X 7.1g/cm3)/(1 X 56 X D) ( D=5.7g/cm 3)又有 V = AW/(st)=0.063 g/( m2 h)根据V =nA匹V16m可知 V= W /(st)= (S h 1 D)/(St)=0.2559g/(川.h)Zn发生氧化时减小的质量为W 二Sh D ( h Zn减小的厚度)1 1所以：V= W/(st)= (S

47、h 1 D)/(St) =0.2559g/(m2 h)h=V t/d=(0.2559g/(川.h) x 120)/(7.1 106g/cm3) =4.3257 X06m而生成氧化膜即 ZnO 增加的质量为： W =ShD Sh 1 D(h生成氧化膜厚度)V=(ShDSh D)/(St)= Vh=(Vth)/D=(0.063 X 120 + 4.32576X7.1 10 )/(5.7 106)m=6.714 106 m即生成氧化膜的厚度为6.714 106 m。第八章1. 氯离子活度对四种不锈钢的击穿点位 Eb 的影响分别为：(1) Cr17 Eb=-0.084lgaCl-+0.020(V)(2

48、) Cr18Ni9 Eb=-0.115 lgaCl - +0.247(V)(3) Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lgaCl- +0.49=0.48(v) (V)(4) Cr26M01 Eb=-0.198lgaCl - +0.485(V)排出在 3%的 NaCl 溶液和 2mol/LNaCl 溶液中这 4 种不锈钢的耐腐蚀性能的顺序。解：( 1) 在 2mol/L 的 NaCl 溶液中有： r=0.67 a C|_= C(C)r= 2 0.67 1.34mol/L-3 Cr17 Eb=-0.084lgaCl-+0.020= 9.32 10 3(v)Cr18Ni9 Eb=-0.11

49、5 lgaCl- +0.247=0.232(v)Cr17M12M02.5 Eb=-0.068 lgaCl- +0.49=0.48(v)Cr26M01 Eb=-0.198lgaCl- +0.485=0.4598(v)因为击穿点位越正，材料的耐腐蚀性越好，故在 2mol/L 的 NaCl 溶液中 4 种不锈钢的 耐腐蚀性能的顺序由强到弱分别是：Cr17M12M02.5 Cr26M01Cr18Ni9 Cr17(2).在3%的的NaCI溶液中有：设在100克水中溶有x克NaCl即100%3%x 100解得x 3.09g ，所以c0.1Cl0.9758.44 97 10 3mol / L0.347mol

50、 / L查表知r=0.675 aCl Cl r0.513 0.675mol/L0.347mol/Lx 3.09/58.44 门厂 0.5mol /LCr17 Eb=-0.084lg0.347+0.020= 0.059 (v)Cr18Ni9 Eb=-0.115 lg0.347+0.247=0.300(v)Cr17M12M02.5Eb=-0.068 Ig0.347+0.49=0.521(v)Cr26M01Eb=-0.198lg0.347+0.485=0.576(v)故在3%的NaCl溶液中4种不锈钢的耐腐蚀性能的顺序由强到弱分别是：Cr26M01 Cr17M12M02.5 Cr18Ni9 Cr17

51、2. 金属在酸溶液中发生的缝隙腐蚀可以用氢离子浓差电差电池来说明，设将Fe试样浸泡于pH=0的酸溶液(25 C)中，缝内氢离子难以补充，使 pH上升到3。问：(1) 缝内Fe表面和缝外Fe表面哪个是阴极哪个是阳极？(2) 求缝外Fe表面阳极溶解电流密度ia1和缝外Fe表面阳极溶解电流密度 ia2的比值。解：(1) 缝内:Eec=-0.0591 X 3=.1773V缝外:Eec=0V所以Fe在酸溶液中发生析氢腐蚀，Eec随溶液pH值增高而负移，因此缝内Fe表面电位负移，为腐蚀电池的阳极，缝外Fe表面的电位正移，为腐蚀电池的阴极。(2) 溶液电阻不计时，则缝内表面(阳极)与缝外表面(阴极)相互极化，达到共同的极化点位Eg,按Tafel方程式，可以写出缝内和缝外铁表面的阳极溶液溶解电流密度：(I)缝内:ia1.0 , E Eea000 , Eea, 亠ia exo()，根据 ia nFCr Ka exp( )可知有:a所以:ia100/ Eea、nFCR Ka exp() aexp(旦旦)a0EnFCR Ka exp() aKaa0OH exo(旦)a(n)缝外:i a2(ia0)exo()aEeanFCRKae)p()aexp(旦旦)a其中Cr0EnFCRKae）p（） Kaa O