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对钢铁吸氧腐蚀现象的再讨论

材料写作网    时间: 2021-05-05 04:07:06     阅读:


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【摘 要】本文尝试从热力学和动力学因素角度来分析钢铁在不同酸碱性溶液中的腐蚀现象。通过实验探究溶解氧、酸碱性、Cl-对钢铁吸氧腐蚀的影响,得出结论:氧气向正极材料移动的速率、表面难溶性'保护层“等因素,对钢铁吸氧腐蚀速率影响显著;而Cl-对腐蚀速率的影响并不明显。

【关键词】腐蚀 热力学 动力学 酸碱性 溶解氧 钢铁

1 问题背景

钢铁的电化学腐蚀是高考的热点,近年来许多老师探究了在不同酸碱性溶液中的钢铁腐蚀现象。见表1。

表1 不同酸碱性溶液中钢铁腐蚀的程度与速率

电化学腐蚀程度 较强酸性>弱酸性>中性>碱性

析氢腐蚀速率 酸性>中性>碱性

吸氧腐蚀速率 弱酸性>中性>碱性

未见较强酸性条件下的探究

由于缺少必要的探究仪器和系统的理论解释,因而导致对部分现象的看法不一,甚至有些观点互相矛盾。 其中,'酸性是促进还是抑制吸氧腐蚀“'为何碱性条件下吸氧腐蚀比中性慢“等问题,一直没有得到可信服的解释。

从热力学和动力学因素角度来分析已有的实验现象,或许能对以上争议做出更加合理的解释。

2 热力学因素分析

E-PH图是研究PH与电极电势关系的重要工具,从中可以看出一个电化学反应发生所必须具备的电势、pH值以及可能得到的产物,并能对特定条件下的电化学反应能否发生做出判断。在谈老师的文中,认为'铁的电极电势与pH无关,始终为”0.558V“,并此据做出E-PH图。但这个结论并不合理,因为PH值不同,铁被腐蚀后的产物不同。武汉大学等校编《无机化学》收录的铁在酸、碱性下的标准电极电势并不相同:Fe-2e-=Fe2+ φθ=-0.440VFe-2e-+2OH-=Fe(OH)2 φθ=-0.877V。

综合不同PH下的电势和产物,得到的Fe-H2O体系E-PH图应如图1所示。

图1 Fe-H2O体系E-pH图(a表示氢线,b表示氧线)

一般情况下,电势差E>0.2~0.3V,反应发生的趋势比较大,可以完全反应;E<-0.2~-0.3V,反应很难进行;介于0.2~0.3V和-0.2~-0.3V之间的,需要一定的浓度、压强、温度等条件才能进行,反应一般不完全。从图1中可见:

(1)吸氧腐蚀的电势差始终大于0.3V,可以在任意PH值下发生,...

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