常州大学：材料科学实验教学课件（PPT讲稿）电极电位及极化曲线测定

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LOGO 实验二十七、电极电位及 极化曲线测定（4学时）

目录 实验目的 实验原理 实验仪器和材料 实验步骤 实验结果与思考题

目录 1 实验目的 2 实验原理 3 实验仪器和材料 4 实验步骤 5 实验结果与思考题

实验目的 掌握电极电位的测定方法 冬了解金属材料及环境介质对电极电位的影响 掌握测量电极极化曲线的方法

实验目的 ❖ 掌握电极电位的测定方法 ❖ 了解金属材料及环境介质对电极电位的影响 ❖ 掌握测量电极极化曲线的方法

实验原理 1电极电位的定义 浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的 导体称为电极。当金属与电解质溶液接触时，在金属溶 液界面处将产生电化学双电层，此双电层的金属相与溶液 相之间的电位差称为电极电位。 单个电极上双电层电位差的绝对值，即当个金属的绝 对电位无法测定。但两个绝对电极电位之差（即相对电极 电位)是可以精确测量的。只要参比电极的电极电位（作 为比较基准的电极电位)是稳定不变的，那么就可以测定 所研究电极电位的相对值

实验原理 ❖ 1 电极电位的定义 ❖ 浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的 导体称为电极。当金属与电解质溶液接触时，在金属/溶 液界面处将产生电化学双电层，此双电层的金属相与溶液 相之间的电位差称为电极电位。 ❖ 单个电极上双电层电位差的绝对值，即当个金属的绝 对电位无法测定。但两个绝对电极电位之差（即相对电极 电位）是可以精确测量的。只要参比电极的电极电位（作 为比较基准的电极电位）是稳定不变的，那么就可以测定 所研究电极电位的相对值

实验原理2 电极电位的测量技术 金属腐蚀研究中的电极电位测量一般有两类：1)测量腐 蚀体系无外加电流作用时的自然腐蚀电位及其随时间的 变化；2)测量金属在外加电流作用下的极化电位及其随 时间的变化。 电极电位的测量比较简单，但技巧性强。除了研究电极 外，还需要一个参比电极、电位测量仪和电解池。可以 采用各种形状和尺寸的金属试样，这对电位测量结果几 乎没有影响，但试样的表面状态（如洁净度、膜状态） 则有显著影响

实验原理2 电极电位的测量技术 ❖ 金属腐蚀研究中的电极电位测量一般有两类：1）测量腐 蚀体系无外加电流作用时的自然腐蚀电位及其随时间的 变化；2）测量金属在外加电流作用下的极化电位及其随 时间的变化。 ❖ 电极电位的测量比较简单，但技巧性强。除了研究电极 外，还需要一个参比电极、电位测量仪和电解池。可以 采用各种形状和尺寸的金属试样，这对电位测量结果几 乎没有影响，但试样的表面状态（如洁净度、膜状态） 则有显著影响

冬测量电极电位时，必须保证由研究电极和参比电极组成 的测量回路中无电流流过，或流过的电流小到可以忽略 的程度，否则将由于电极本身的极化和溶液内阻上产生 的欧姆电压降而引起测量误差。因此电位测量仪器应具 有很高的输入阻抗。稳定可靠的参比电极是保证准确测 量电极电位的另一重要条件，参比电极是一种可逆的电 极体系，在规定条件下具有稳定重现的可逆电极电位。 参比电极与研究电极之间的溶液的欧姆降必定也会给电 位测量带来误差，在高电阻率溶液或较大电流通过的情 况下，这种误差更为显著

❖ 测量电极电位时，必须保证由研究电极和参比电极组成 的测量回路中无电流流过，或流过的电流小到可以忽略 的程度，否则将由于电极本身的极化和溶液内阻上产生 的欧姆电压降而引起测量误差。因此电位测量仪器应具 有很高的输入阻抗。稳定可靠的参比电极是保证准确测 量电极电位的另一重要条件，参比电极是一种可逆的电 极体系，在规定条件下具有稳定重现的可逆电极电位。 参比电极与研究电极之间的溶液的欧姆降必定也会给电 位测量带来误差，在高电阻率溶液或较大电流通过的情 况下，这种误差更为显著

消除欧姆降一般可以采用下列方法之一： 使鲁金毛细管尽量接近研究电极表面； 调节鲁金毛细管相对研究电极于不同距离处测量电极 电位，外推到距离为零，即为消除欧姆降影响的电位 值； 用高频电导仪预先测定鲁金毛细管与研究电极之间的 溶液电阻，然后按外加电流计算修正欧姆降影响： ■ 用断电流法消除欧姆降； 用桥式电路测量电极电位； 采用背侧鲁金毛细管； 采用可自动补偿欧姆降的电子电路

❖ 消除欧姆降一般可以采用下列方法之一： ▪ 使鲁金毛细管尽量接近研究电极表面； ▪ 调节鲁金毛细管相对研究电极于不同距离处测量电极 电位，外推到距离为零，即为消除欧姆降影响的电位 值； ▪ 用高频电导仪预先测定鲁金毛细管与研究电极之间的 溶液电阻，然后按外加电流计算修正欧姆降影响； ▪ 用断电流法消除欧姆降； ▪ 用桥式电路测量电极电位； ▪ 采用背侧鲁金毛细管； ▪ 采用可自动补偿欧姆降的电子电路

实验原理3 极化曲线测量 在外加电流作用下，电极电位发生变化的现象称之为电 极的极化，电极电位与电流（电流密度）的关系曲线称之 为极化曲线。从极化曲线的形状可以看出电极极化的程度， 从而判断电极反应过程的难易。极化曲线的测定及分析是 揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀的措施的基本方法之一。 极化曲线测量技术一般可以分为两类： 控制电流法（恒电流法），以电流为自变量，测量相应的电 极电位随电流变化的函数关系，包括充电曲线法和断电流 法（电极电位一时间曲线）； 控制电位法（恒电位法），以电位为自变量，测量相应的 电流随电位变化的函数关系

❖ 在外加电流作用下，电极电位发生变化的现象称之为电 极的极化，电极电位与电流（电流密度）的关系曲线称之 为极化曲线。从极化曲线的形状可以看出电极极化的程度， 从而判断电极反应过程的难易。极化曲线的测定及分析是 揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀的措施的基本方法之一。 极化曲线测量技术一般可以分为两类： ❖ 控制电流法(恒电流法)，以电流为自变量，测量相应的电 极电位随电流变化的函数关系，包括充电曲线法和断电流 法（电极电位—时间曲线）； ❖ 控制电位法（恒电位法），以电位为自变量，测量相应的 电流随电位变化的函数关系。 实验原理3 极化曲线测量

控制电流法和控制电位法各有特点和适用范围。前者简 单易行，主要用于一些不受扩散控制的电极过程和整个 过程中电极表面状况不发生很大变化的电化学反应；后 者一般用于研究一些在电极过程中表面发生很大变化的 电极反应，如具有活化一钝化转变行为的阳极极化曲线。 极化曲线的测定需要同时测量研究电极上流过的电流和 电极电位，因此一般采用三电极体系，即由极化电源、 电流与电位检测、电解池与电极系统构成两个回路：极 化电路（电流测量回路）和电位测量回路

❖ 控制电流法和控制电位法各有特点和适用范围。前者简 单易行，主要用于一些不受扩散控制的电极过程和整个 过程中电极表面状况不发生很大变化的电化学反应；后 者一般用于研究 一些在电极过程中表面发生很大变化的 电极反应，如具有活化—钝化转变行为的阳极极化曲线。 ❖ 极化曲线的测定需要同时测量研究电极上流过的电流和 电极电位，因此一般采用三电极体系，即由极化电源、 电流与电位检测、电解池与电极系统构成两个回路：极 化电路（电流测量回路）和电位测量回路

初级电源 电流检测 电位检测 图1极化曲线测试示意图 稳态极化测量最基本的极化电源是恒电位仪。 测定动电位极化曲线的动态扫描测试系统由恒电位仪、 信号发生器、记录仪等组成，现在一般使用恒电位与 计算机联机使用，配合适当的测试软件进行自动测试

电流检测 电位检测 ○ 初级电源 ○ （○ 电流检测 电位检测 ○ 初级电源 ○ （○ 稳态极化测量最基本的极化电源是恒电位仪。 测定动电位极化曲线的动态扫描测试系统由恒电位仪、 信号发生器、记录仪等组成，现在一般使用恒电位与 计算机联机使用，配合适当的测试软件进行自动测试。 图1 极化曲线测试示意图