金屬腐蝕與防護(hù)課后習(xí)題 陳穎敏 李志勇編

(icorr單位：μA?cm-2)

第一章（p12)

5.已知鐵在一定介質(zhì)中的腐蝕電流密度為0.1mA/cm2,求其腐蝕速度V-和Vt（鐵=7.87g/cm2）。鐵在此介質(zhì)中是否發(fā)生腐蝕。

解：

可見,Vt在0.05～0.5mm/a,由表1-3知，Cu的耐蝕性良好。7.表面積為20cm2的銅試樣，試驗(yàn)前稱重為41.5334g，放入一定介質(zhì)中2h（生成Cu2O)，去除腐蝕產(chǎn)物后，稱其重為41.5330g。試用耐蝕性四級標(biāo)準(zhǔn)評定銅的耐蝕性。解：第二章（P31)

解：在無氧酸中，E0Cu2+/Cu=+0.337>E02H+/H2=0Cu不發(fā)生腐蝕；在含氧酸中，E0Cu2+/Cu

<E0

O2/H2O=+1.229(V)Cu可能發(fā)生腐蝕。11.已知銅在含氧酸中和無氧酸中的電極反應(yīng)及其標(biāo)準(zhǔn)電極電位：問銅在含氧酸和無氧酸中是否發(fā)生腐蝕？CuCu2++2eH22H++2e2H2OO2+4H++4e

解：25℃時(shí)，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15,KH2O=1.01×10-14

E0Fe2+/Fe=－0.44VEO2/OH-=+0.815V

首先求出EFe2+/Fe

陽極反應(yīng)：FeFe2++2e

陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e4OH-

次生反應(yīng)：Fe2++2OH-Fe(OH)2

總反應(yīng)：Fe+H2O+O2

Fe(OH)2

因?yàn)镕e(OH)2是難溶化合物，25℃時(shí)

Ksp[Fe(OH)2]＝1.65×10-15

KH2O=1.01×10-1412.試判斷鐵在25oC，中性溶液中是否可能發(fā)生耗氧腐蝕。

因?yàn)?，EO2/OH-=+0.815(V)

EO2/OH-

>EFe2+/Fe

E電=+0.815-(-0.463)=+1.278(V)>0

故發(fā)生耗氧腐蝕。

13.銅電極和氫電極（PH2=2atm）浸在Cu2+

活度為1且pH=1的CuSO4溶液中組成電池，25°C，求該電池的電動勢，并判斷電池的極性。解：已知E0Cu=+0.337V,aCu=1

已知PH2=2atm,pH=1(aH=10-1)

E電=+0.337-(-0.029)=+0.3665(V)銅電極為正極，氫電極為負(fù)極。第三章（P50)解:已知pH=2,Ecorr=-0.64V(相對飽和Cu/Cu2+）飽和Cu/Cu2+的E=+0.32V

故Ecorr=-0.64+0.32=-0.32V(SHE)

E

0,C=EH+/H2=-0.059pH=-0.0592=-0.118(V)ηC=Ecorr-E

0,C

=-0.32-(-0.118)=-0.202(V)

根據(jù)η=0.7+0.1lgi

可求出lgicorr8.低碳剛在pH＝2的無氧水溶液中，腐蝕電位為-0.64V（相對飽和Cu/CuSO4電極）。對于同樣鋼的氫過電位（單位為V）遵循下列關(guān)系：η＝0.7+0.1lgi，式中i的單位為A·cm-2。假定所有鋼表面近似作為陰極，計(jì)算腐蝕速度（mm·a-1)。

9.25°C時(shí)，濃度為0.5M的硫酸溶液以0.2m/s的流速通過鐵管，假定所有鐵表面作為陰極，Tafel斜率為±0.100V，而且Fe/Fe2+和氫在鐵上的交換電密分別為10-3A/m2

和10-2A/m2

，求鐵管的腐蝕電位和腐蝕速度。按[Fe2+]=10-6M估算已知C=0.5M,b=0.100V,iFe0=10-3A/m2

iH0=10-2A/m2

因不知icorr,所以忽略a,可用E0,a

估算

Ecorr,即E0,a

=EcorrEFe=E0Fe

解：求出此腐蝕體系中陽、陰極反應(yīng)的平衡電位。陽極反應(yīng):FeFe2++2e

已知，EFe2+/Fe=-0.44(V),3%NaCl溶液為中性，pH=7,[OH-]=10-7M,Fe2+與OH-相遇，當(dāng)[Fe2+][OH-]2>Ksp[Fe(OH)2]時(shí)會生成Fe(OH)2沉淀:Fe2++2OH-=Fe(OH)2

已知，Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15

即[Fe2+][OH-]2=1.65×10-1510.25oC時(shí)，鐵在3％NaCl水溶液中腐蝕，歐姆電阻很小，可忽略不計(jì)。測得其腐蝕電位Ecorr＝-0.544V（SCE)，試計(jì)算該腐蝕體系中陰、陽極控制速度。Ksp[Fe(OH)2]=1.65×10-15，EFe2+/Fe=-0.44(V)陰極反應(yīng)為：O2+H2O+4e4OH-

大氣中PO2=0.21atm已知E0O2/OH-=+0.401V(SHE)

所以

因?yàn)闇y得Fe在該腐蝕體系中的Ecorr=-0.544(SCE)

而飽和甘汞電極的電位為0.242V(SHE)

故Ecorr=-0.544+0.242=-0.302V(SHE)

（需將Ecorr(SCE)換成Ecorr(SHE））

陰、陽極控制程度：

陰極：陽極：可得在Ecorr下陰、陽極過電位：

ηc

=EO2/OH-Ecorr=0.805–(-0.302)=1.107(V)

ηa

=Ecorr-EFe2+/Fe=-0.302–(-0.463)=0.161(V)11.下列數(shù)據(jù)為鋼樣在約10mol/LHCl溶液中（有緩蝕劑）的電流－電位關(guān)系。作i－E和lgi－E圖，寫出陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)，分別求其交換電流密度（溶液中的Fe2＋＝10-1mol/L），確定鋼在HCl溶液中的腐蝕電位和腐蝕電流，并求出腐蝕速度。陰極極化：+E（mV,對SCE)406410420430440450460i（A/cm2)02.25.61424344447048049050051052054667889104119-E（mV,對SCE)406404400396390380370i（A/cm2)02.55.27.711.4223436035034033032031030029028047577282102120140161186陽極極化：11.解：

E－i圖和E－lgi

圖

陰極反應(yīng)：2H++2eH2

陽極反應(yīng):FeFe2++2e

由E－lgi

圖可知

Ecorr=–406mv與之相應(yīng)的lgi=1.3

所以icorr=20(μA/cm2)圖第四章（P62）

解：因?yàn)镋H+/H2=-0.059pH=-0.413(V)(pH=7)EO2/OH-=1.229-0.059pH=+0.814(V)(pH=7)

要發(fā)生析H2腐蝕，必須EH+/H2

>ECu2+/Cu，但EH+/H2

<

ECu2+/Cu,故不發(fā)生析H2腐蝕。而EO2/OH-

>

ECu2+/Cu,符合耗氧腐蝕條件，故可發(fā)生耗氧腐蝕。

9.已知ECu2+/Cu=+0.34V（25oC），在溶液中，為什么銅可能發(fā)生耗氧腐蝕，并不會發(fā)生析氫腐蝕？陰極反應(yīng)：2H++2eH2

EH+/H2

=-0.059pH

=-0.413（V）(pH=7)顯然,EH+/H2

>EFe2+/Fe

，會發(fā)生析H2腐蝕。

解：陽極反應(yīng)：FeFe2++2e(25℃)

10.在中性溶液中，F(xiàn)e2+濃度為10-6M，溫度為25oC,在此條件下鐵是否發(fā)生析氫腐蝕(25℃)解：陽極反應(yīng)：SnSn2++2e陰極反應(yīng)：2H++2eH2

EH+/H2

=－0.059pH=－0.413(V)(pH=7)EH+/H2<ESn2+/Sn

不可能發(fā)生析H2腐蝕，如欲發(fā)生析H2腐蝕,必須EH+/H2

>ESn2+/Sn

即－0.059pH>－0.313，

pH<－0.313/(－0.059),pH<5.3

所以Sn在pH<5.3的溶液中才發(fā)生析H2腐蝕。11.在pH=7的中性溶液中，Sn2+=10-6mol/L，溫度為25oC，試問Sn是否發(fā)生析氫腐蝕？并求Sn在此條件下發(fā)生的析氫腐蝕的最大pH值。12.解：12.已知在5oC的海水中氧的溶解度約為10mg/L(0.3mol/m3),氧在水中的擴(kuò)散系數(shù)10-9m2/s，若擴(kuò)散層有效厚度取0.1mm，計(jì)算氧的極限擴(kuò)散電流。第五章（P78)解：已知

8.鐵在0.5MH2SO4硫酸中穩(wěn)態(tài)鈍化電流密度為7A/cm2,計(jì)算每分鐘又多厚的原子從光滑的電極表面上溶出.

解：氧去極化腐蝕的極化曲線，欲求陰極保護(hù)所需的最小初始電密，即求iL,

(iL=icorr)

已知，V-=2.5g·m-2·d-1=0.10g·m-2·d-1

9.鐵在海水中以2.5g/m2d的速度腐蝕,假設(shè)所有的腐蝕為氧去極化,計(jì)算達(dá)到陰極保護(hù)所需要的最小初始電密(A/m2).Fig由

得或10.解：已知E0Cu2+/Cu

＝0.337V(相對SHE)

ESCE=0.242V(相對SHE)

所以，ECu2+/Cu

＝0.308-0.242

＝0.066V(SCE)

即，相對于SCE的銅電極的初始電位（開路）x0.308VSHE,EH=0SCEE=0.242VE—lgi

Fig.E—i

Fig.icorriEE0,O2E0,FeiL補(bǔ)充題：

1.鉛試樣浸入pH=4、溫度40C、已除氧的酸性溶液中，計(jì)算Pb2+能達(dá)到的最大濃度。并說明鉛試樣是否發(fā)生了腐蝕。解：陰極反應(yīng)：2H++2e=H2

陽極反應(yīng)：Pb=Pb2++2e

當(dāng)E0a=E0c，Pb2+的活度達(dá)到最大。因因?yàn)榇酥荡笥?0-6mol/L，所以鉛試樣發(fā)生了腐蝕，但腐蝕不能繼續(xù)下去。溶液中Pb2+的最大活度為1.1610-4mol/L。查PbCl2的活度系數(shù)，當(dāng)濃度為10-4時(shí)，a=0.964，因此得Pb2+的最大濃度約為1.210-4mol/L。

2.鈍化理論與分析（小論文）

3.Fe試樣在0.5mol/LH2SO4溶液中(H+=0.154mol/L)發(fā)生析氫腐蝕，實(shí)驗(yàn)測出其腐蝕電位為Ecor=-0.462V(vsSCE)。已知陰極反應(yīng)符合Tafel公式：

式中c的單位為V，ic

的單位為A/cm2。

當(dāng)陽極極化E=0.03V，測得極化電流i+=0.14A/cm2。

求自然