探究铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的电化学行为
硝酸硫酸和金属
⑴跟金属反应①常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属钝化.②加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成SO2 Cu + 2H2SO4(浓) ==== CuSO4 + SO3↑+ 2H2O 2Fe + 6H2SO4(浓) ==== Fe2(SO4)3 + 3SO3↑+ 6H2O 在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性.2.硝酸跟金属反应的一般规律硝酸与金属的反应是相当复杂的.在这类氧化还原反应中,包括许多平行反应,因此,可以得到多种还原产物,而且在还原产物之间还进行氧化还原反应. 某些金属（如镁、锌）与小于2 mol／L的硝酸反应时,还会产生一定量的氢气. 硝酸的还原产物,除取决于硝酸的浓度、还原剂的还原能力外,还与反应温度和反应中间产物（HNO2、NO2）的催化作用有关,反应虽复杂,但硝酸跟金属的反应是有规律的. （1）在金属活动性顺序中,位于氢后面的金属如铜、汞、银等,跟浓硝酸反应时,主要得到NO2,跟稀硝酸反应时,主要得到NO. （2）在常温下Fe、Co、Ni、Al等金属在浓硝酸中发生“钝化”,在金属表面覆盖一层致密的金属氧化物薄膜,阻止反应进一步发生.这些金属与稀硝酸作用主要生成N2O（有的认为是NO）,这是由于它们的还原性较强,能将硝酸还原成较低价的N2O.如与更稀的硝酸反应则生成氨（钴在同样条件下则生成氮气）. （3）镁、锌等金属跟不同浓度的硝酸作用能得到氮的不同低价态的还原产物.例如：当硝酸中HNO3的质量分数为9%～33%（密度为1.05 g／cm3～1.20 g／cm3）时,反应按下式进行：4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+5H2O+N2O↑若硝酸更稀,反应会生成氨,氨跟过量的硝酸进一步反应生成硝酸铵.4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O（4）Au、Pt、Ir、Rh等重金属跟浓、稀硝酸都不反应,因为它们特别稳定,不易被氧化.（5）Sn、Sb、W、V等金属跟浓硝酸作用,生成金属氧化物,而不是硝酸盐（因为这些金属氧化物不溶于硝酸,反应不再继续发生）.3.金属的钝化（1）钝化现象如果在室温时试验铁片在硝酸中的反应速率以及与硝酸浓度的关系,我们将会发现铁的反应速率最初是随硝酸浓度的增大而增大.当增大到一定程度时,它的反应速率迅速减小,继续增大硝酸的浓度时,它的反应速率更小,最后不再起反应,即铁变得“稳定”了,或者像一般所说的,铁发生“钝化”了.不仅铁,其他一些金属也可以发生钝化.例如,Cr、Ni、Co、Mo、Al、Ta、Nb和W等,其中最容易钝化的金属是Cr、Mo、Al、Ni、Fe.不仅硝酸,其他强氧化剂如浓硫酸、氯酸、碘酸、重铬酸钾、高锰酸钾等,都可以引起金属的钝化.硫酸与金属反应的一般规律之一(1)浓H2SO4与金属反应的规律①常温时，Fe、Co、Ni、Cr、Al等金属与浓H2SO4作用，发生“钝化”。
铁和铝遇浓硫酸和浓硝酸钝化的方程
铁和铝是常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中都有着广泛的应用。
然而，当它们与浓硫酸和浓硝酸发生化学反应时，会产生钝化现象。
钝化是指金属表面形成一层不溶于酸的无害氧化物膜，使金属不再与酸发生反应，从而降低了金属的腐蚀性。
以下将分别介绍铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的钝化反应方程式。
一、铁在浓硫酸中的钝化反应方程式正常情况下，铁与浓硫酸会发生化学反应，产生二氧化硫气体和硫酸亚铁：1. Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2↑在此反应中，铁原子失去了两个电子，以使自身氧化态从0变为+2，同时硫酸中的H+离子接受了电子，以使自身还原态从+6变为+4。
这是一种典型的金属与酸发生反应的氧化还原反应。
然而，当铁与浓硫酸发生钝化后，化学反应会受到抑制，不再发生腐蚀作用。
铁在浓硫酸中的钝化反应方程式如下：2. 6Fe + 2H2SO4 + 3O2 -> 2Fe2O3 + 2FeSO4 + 2H2O在此反应中，铁表面形成了一层Fe2O3氧化物膜，阻止了铁与硫酸的进一步反应。
这种氧化物膜的形成，起到了保护金属表面的作用，使得铁不再与浓硫酸发生反应。
二、铝在浓硫酸中的钝化反应方程式与铁类似，铝与浓硫酸也会发生化学反应，产生二氧化硫气体和硫酸铝：3. 2Al + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 3H2↑在此反应中，铝原子失去了三个电子，以使自身氧化态从0变为+3，同时硫酸中的H+离子接受了电子，以使自身还原态从+6变为+4。
而当铝与浓硫酸发生钝化后，化学反应同样受到抑制。
铝在浓硫酸中的钝化反应方程式如下：4. 2Al + 6H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2↑在此反应中，铝表面也会形成一层氧化物膜，包括Al2O3和Al(OH)3，阻止了铝与硫酸的进一步反应。
铁和铝在浓硫酸中的钝化反应方程式，可以看出当金属表面形成不溶于酸的氧化物膜时，金属不再与酸发生反应，从而降低了金属的腐蚀性。
27076733_ReO-4在H2SO4_和HNO3_体系中的电化学行为
第４４卷第３期核 化 学 与 放 射 化 学Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．３ ２０２２年６月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ ａｎｄ ＲａｄｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＪｕｎ．２０２２ 收稿日期：２０２１ ０４ ２０；修订日期：２０２１ ０５ １０ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｕ１８６７２０５，２１７９０３７１） 通信联系人：张 虎犚犲犗－４在犎２犛犗４和犎犖犗３体系中的电化学行为邓怡琳，张 虎中国原子能科学研究院放射化学研究所，北京 １０２４１３摘要：在动力堆乏燃料中，９９Ｔｃ是主要的裂变产物之一，它的半衰期长达２．１３×１０５ａ，对生态环境有长期危害，是ＰＵＲＥＸ流程非常关注的核素。
Ｒｅ的化学性质与Ｔｃ相似，研究Ｒｅ的电化学行为，对了解Ｔｃ的化学性质具有很好的参考价值。
本工作研究了Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３介质中ＲｅＯ－４在铂电极上的电化学行为。
在Ｈ２ＳＯ４和ＨＮＯ３体系中，循环伏安和控制电位电解库仑的测试结果表明，ＲｅＯ－４在铂电极上的还原是一个多步的电子转移过程，会在铂电极上生成沉积层ＲｅＯ２，此时会建立起电对ＲｅＯ－４／ＲｅＯ２。
在ＨＮＯ３体系中，当ＨＮＯ３浓度为１．００ｍｏｌ／Ｌ时，ＲｅＯ－４的还原过程与Ｈ２ＳＯ４体系中相似，当ＨＮＯ３浓度为２．００、４．００ｍｏｌ／Ｌ时，ＨＮＯ３通过电化学还原产生ＨＮＯ２，ＨＮＯ２氧化溶液中的低价Ｒｅ。
关键词：ＲｅＯ－４；铂电极；循环伏安曲线；控制电位电解库仑中图分类号：ＴＱ１５０．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：０２５３ ９９５０（２０２２）０３ ０３５６ ０６犱狅犻：１０．７５３８／ｈｈｘ．２０２２．ＹＸ．２０２１０３６犈犾犲犮狋狉狅犮犺犲犿犻犮犪犾犅犲犺犪狏犻狅狉狅犳犚犲犗－４犻狀犛狌犾犳狌狉犻犮犃犮犻犱犪狀犱犖犻狋狉犻犮犃犮犻犱犕犲犱犻犪ＤＥＮＧＹｉ ｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＨｕＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ２７５（２６），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２４１３，Ｃｈｉｎａ犃犫狊狋狉犪犮狋：９９Ｔｃｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆｉｓｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｎｕｃｌｅａｒｓｐｅｎｔｆｕｅｌｉｎｐｏｗｅｒｒｅａｃｔｏｒ．Ｉｔｓｈａｌｆ ｌｉｆｅｐｅｒｉｏｄｉｓ２．１３×１０５ｙｅａｒｓ，ｗｈｉｃｈｈａｓｌｏｎｇ ｔｅｒｍｈａｒｍｔｏｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｉｔｇｅｔｓｓｐｅｃｉａｌａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎＰＵＲＥＸｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｈｅｎｉｕｍａｒｅｓｉｍｉ ｌａｒｔｏｔｅｃｈｎｅｔｉｕｍ．Ｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｒｈｅｎｉｕｍｉｓｏｆｇｒｅａｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｆｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｅｃｈｎｅｔｉｕｍ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｅｒｒｈｅｎａｔｅｉｎｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄａｎｄｎｉｔｒｉｃａｃｉｄｏｎｐｌａｔｉｎｕｍｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｙｃｌｉｃｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍａｎｄｂｕｌｋｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｗｉｔｈｃｏｕｌｏｍｅｔｒｙｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＲｅＯ－４ｉｏｎｓｏｎｔｈｅｐｌａｔｉｎｕｍｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｓａｍｕｌｔｉ ｓｔｅｐｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄＲｅＯ２ｉｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎＰｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅ．ＴｈｅｎｔｈｅｒｅｄｏｘｒｅａｃｔｉｏｎｏｆＲｅＯ－４／ＲｅＯ２ｗｉｌｌｂｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｎｎｉｔｒｉｃａｃｉｄ，ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｉｃａｃｉｄｉｓ１．００ｍｏｌ／Ｌ，ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＲｅＯ－４ｉｓｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈａｔｉｎｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄｓｙｓｔｅｍ．Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｉｃａｃｉｄｉｓ２．００，４．００ｍｏｌ／Ｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｎｉｔｒｉｃｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏｎｉｔｒｉｔｅｂｙｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｏｘｉｄｉｚｅｓｔｈｅｌｏｗｖａｌｅｎｃｅｓｔａｔｅｒｈｅｎｉｕｍｉｎｓｏｌｕｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ＲｅＯ－４；ｐｌａｔｉｎｕｍｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；ｃｙｃｌｉｃｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ；ｂｕｌｋｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｗｉｔｈｃｏｕ ｌｏｍｅｔｒｙ ９９Ｔｃ是乏燃料中主要的裂变产物之一，在燃耗深度为２５０００ＭＷ·ｄ／ｔ（以Ｕ计）的动力堆元件中，每吨重金属含Ｔｃ约６２８ｇ。
化学实验金属元素在酸性溶液中的电化学反应
化学实验金属元素在酸性溶液中的电化学反应主题：化学实验金属元素在酸性溶液中的电化学反应引言：电化学反应是化学实验中重要的一部分，也是化学学科中的一项基础内容。
本教案将重点介绍金属元素在酸性溶液中的电化学反应。
通过实验观察和实践操作，学生可以深入理解电化学反应的原理和过程。
一、实验目的与背景1. 实验目的：通过实验观察和实践操作，了解金属元素在酸性溶液中的电化学反应，并掌握相应的实验操作技巧。
2. 实验背景：金属元素在酸性溶液中会发生电化学反应，其中包括氧化还原反应和水解反应。
理解和掌握这些反应过程对于进一步学习电化学和化学反应有着重要的意义。
二、实验器材和试剂1. 实验器材：玻璃烧杯、导线、电池、电解槽、电极（锌、铜）、导线夹、酸性溶液（如盐酸）等。
2. 实验试剂：盐酸溶液、二氧化锰、漏斗等。
三、实验步骤1. 实验前准备：分别准备好酸性溶液和金属元素（锌、铜）。
2. 实验操作：将锌片（电极）与铜片（电极）分别插入两个烧杯中的酸性溶液中，并用导线夹固定住。
通过连接电池，使锌片和铜片形成电池电池电路。
3. 实验观察：观察金属片（电极）上是否有气体产生，气体性质是什么。
观察金属片（电极）的表面是否有变化，并记录实验结果。
4. 实验总结：根据观察到的实验现象，总结电化学反应的过程和机理。
四、实验结果与讨论1. 实验结果：在酸性溶液中，锌片会产生氢气气泡，铜片则不会。
同时，锌片表面会逐渐出现腐蚀现象，而铜片则不会。
2. 实验讨论：根据实验结果可以得出结论，锌是一种较活泼的金属，在酸性溶液中容易失去电子，发生氧化反应。
铜是一种较不活泼的金属，不容易失去电子。
因此，在电化学反应中，锌会被氧化生成氢气，并逐渐腐蚀，而铜则没有这样的现象。
五、实验拓展1. 拓展内容：可以进一步探究不同金属元素在酸性溶液中的电化学反应，观察不同金属元素的活性和腐蚀性。
2. 拓展实验：选择不同金属片（电极）进行实验，记录观察结果，并比较金属元素的活性和腐蚀性。
化学的100个基本问题
化学的100个基本问题1、钝化现象：铁、铝在冷的浓硝酸或浓硫酸中钝化。
钝化只在常温下用，加热条件下铁会与浓硫酸反应。
2Fe + 6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+ 3SO2↑+ 6H2O钝化是指活泼金属在强酸中氧化表面生成一层致密的氧化膜组织金属进一步反应。
2、浓盐酸、浓硝酸，在离子方程式中拆开，浓硫酸不拆开。
3、在离子方程式中，澄清石灰水要拆开写成离子，浑浊石灰乳不拆。
4、有阴离子必有阳离子，有阳离子未必有阴离子，如金属中只有自由电子。
5、氢氧化钠与乙醇不反应。
6、阿伏伽德罗常数考点陷阱有：未告知体积，如PH=1的盐酸溶液中，氢离子的个数为0.1NA。
7、苯中无C=C双键。
8、碳酸钠俗名是纯碱、苏打，显碱性但不是碱，是盐。
（稳定）9、小苏打是碳酸氢钠，加热分解成碳酸钠、二氧化碳和水。
（不稳定）在推断题中会出。
10、醋酸、苯酚、水、乙醇，分子中羟基上氢原子的活泼性依次减弱。
故，氢氧化钠与乙醇不反应。
11、碱金属元素的熔沸点是原子半径越大熔沸点越低；卤素单质是分子晶体，靠范德华力结合，范德华力大小与分子量有关，分子量越大范德华力越大，熔沸点也就越高。
碱金属元素是金属晶体，结合键是金属键，原子半径越小原子核间的引力越强，越难破坏，熔沸点越高。
#随着核电荷数的递增，熔沸点逐渐降低（与卤素、氧族相反）12、锂与氧气反应只生成氧化锂，钠在常温生产氧化钠，加热或完全燃烧生成过氧化钠。
13、碱金属的特殊性：锂的密度比煤油小，不能保存在煤油中，通常密封在石蜡里，钠的密度比水小，比煤油大。
14、碱金属的密度由锂到铯逐渐增大的趋势，但是有反常的钠密度比钾的大。
15、酸式盐的溶解度一般比相应的正盐大，但是碳酸钠比碳酸氢钠的溶解度大。
16、煤的干馏是化学变化，蒸馏和分馏是物理变化。
17、蛋白质的变性是化学变化，盐析是物理变化。
18、碱性氧化物一定是金属氧化物，金属氧化物不一定是碱性氧化物。
Mn2O7是金属氧化物，但它是酸氧化物，其对应的酸是高锰酸，即HMnO4。
高考 三精考点之高中化学(选修4)最拿分考点系列：考点12+探究铁的吸氧腐蚀(含解析)
考点十二探究铁的吸氧腐蚀【考点定位】本考点考查铁的吸氧腐蚀的实验探究，明确金属的电化学腐蚀原理，提升对电化学原理的认识，巩固利用原电池原理分析问题、解决问题的能力。
【精确解读】1．实验目的：探究原电池及其工作原理2．实验原理：锌和稀硫酸的反应属于氧化还原反应，有电子的得失．3．实验仪器：烧杯、电流表、导线4．实验药品：稀硫酸、铜片、锌片5．实验步骤：将铜片、电流表、锌片用导线连接起来，再将铜片和锌片平行插入烧杯内的稀硫酸中．观察电流表的指针是否偏转以及铜片和锌片上的现象．电流表的指针发生偏转，有大量无色的气泡从铜片上产生并逸出．6．实验结论：化学反应中产生的能量转变成了电能。
【精细剖析】1．吸氧腐蚀与吸氢腐蚀的区别与联系（1）吸氧腐蚀：金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀．①发生条件：水膜的酸性很弱或呈中性②反应本质：形成原电池③铁为负极，发生氧化反应（2）析氢腐蚀：在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀．①发生条件：水膜的酸性较强②反应本质：形成原电池（3）无论铁发生吸氧腐蚀还是吸氢腐蚀，负极电极反应均为：Fe-2e-=Fe2+。
【典例剖析】某小组按图1所示的装置探究铁的吸氧腐蚀；完成下列填空：（1）图2 是图1所示装置的示意图，在图2的小括号内填写正极材料的化学，在方括号内用箭头表示出电子流动的方向．（2）写出正、负极反应的方程式．正极：______________________，负极：____________________；（3）按图1装置实验，约8分钟才看到的导管中液柱上升，下列措施可以更快更清晰地观察到液柱上升的是_________；a．用纯氧气代替具支试管内的空气b．用食盐水浸泡过的铁钉再蘸取铁粉和炭粉的混合物c．用毛细尖嘴管代替玻璃导管，并向试管的水中滴加少量红墨水（4）升高温度可以加快化学反应速率，建议用酒精灯加热具支试管．这一措施__________(填“可行”或“不行”)．（5）有同学观察到图1装置在组装时就会使导管中液面低于试管中液面，导致实验时导管中液柱上升需要更多的时间．图1装置组装时，使导管中液面低于试管中液面的原因__________________________；消除这一现象的简单操作是________________________________________。
化学一轮复习高频考点100题：《电化学填空题》(有解析)-通用版
第II卷（非选择题）1．某实验小组用以下几个实验装置探究电化学过程对金属与稀硫酸反应速率的影响, 烧杯中都盛有稀H2SO4。
试回答：（1）B装置中Cu电极上的电极反应式为，D装置中Fe电极上的电极反应式为。
（2）D装置中的实验现象有，若用电流表测量反应时通过导线的电子流量为0.2mol，则Fe电极的质量变化为。
（3）B、C两个装置中Fe片被腐蚀的速率更快的是（填B或C）。
【答案】(1) 2H++2e-=H2 ↑，Fe-2e-=Fe2+。
（2）Cu电极上有气泡，Fe电极逐渐溶解，溶液逐渐变为浅绿色，减小5.6g。
（3）B【解析】试题分析：（1）在B装置中由于活动性Fe＞Cu,所以Cu电极为原电池的正极，在正极上的电极反应式为2H++2e-=H2↑，D装置为电解池。
由于在D装置中Fe电极与直流电源的正极相连接，所以为阳极。
在Fe电极上的发生氧化反应，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+。
（2）在D装置中可看到的实验现象有Fe电极逐渐溶解消耗，在Cu电极上不断有气泡产生。
同时溶液逐渐由无色变为浅绿色。
若用电流表测量反应时通过导线的电子流量为0.2mol，因为Fe是+2价的金属，则Fe电极消耗的物质的量为0.1mol,由于Fed的摩尔质量为56g/mol，所以其质量变化为减少5.6g，（3）由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu.所以在B装置中Fe为原电池的负极，被氧化而腐蚀；在C装置中Fe片作原电池的正极，首先被腐蚀的是活动性强的Zn，Fe被保护起来。
因此在B、C两个装置中被腐蚀的速率更快的是B。
考点：考查电化学过程对金属与稀硫酸反应速率的影响及金属的腐蚀与保护的知识。
2．如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。
将电源接通后，向（甲）中滴入酚酞溶液，在Fe 极附近显红色。
试回答下列问题:（1）在电源中，B电极为极（填电极名称，下同）；丙装置中Y电极为极。
（2）在甲装置中，石墨（C）电极上发生反应（填“氧化”或“还原”）；甲装置中总的化学方程式是： 。
第 4 章 金属的钝化
金 Cr、Al、Ti等金属在空气中和许多氧化性的溶液中都易被钝化，
称之为“自钝化”金属
中国民航大学 理学院 2012-6-15 6
2. 电化学钝化：采用外加阳极电 流的方法，使金属由活化状态 转变为钝化状态
不含Cl-的电解质溶液中，阳极极
阴、阳极极化曲线有一个交点
E
交点位于钝化区
金属在该介质中自动进入钝态
Ep 极极化曲线交于过钝化区 钝化膜被溶解
ip
ipp
i
钝化金属在氧化能力不同的 介质中的钝化行为
中国民航大学 理学院 2012-6-15 21
成相膜理论
◦ 理论要点：金属与介质作用，在金属表面生成一层固态产 物独立相（成相膜）。成相膜非常薄，但是结构致密（孔 隙率小）、覆盖度良好，把金属与溶解机械地隔开，使溶 解速度大大降低。腐蚀体系能形成固态产物是钝化的先决 条件。 ◦ 实验证据：某些金属上能观察到膜的存在，并已测定了某 些钝态有实际意义的金属表面膜的厚度和组成。
中国民航大学 理学院
2012-6-15
16
自钝化体系：不依靠外加阳极极化金属就能自动进 入钝化状态的腐蚀体系（金属材料+环境）
◦ 自钝化是可贵的性质
◦ 是腐蚀介质中氧化剂的还原促进金属钝化 ◦ 自钝化与金属的本性有关，还与氧化剂的性质和浓度有关
中国民航大学 理学院
2012-6-15
17
自钝化的必要条件
Fe在浓硝酸的钝化膜厚度约为2.5~3.0nm，碳钢约为 9~10nm，不锈钢的最薄，但最致密，保护性最好 Al在空气中氧化生成的钝化膜厚度约为2~3nm
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
探究铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的电化学行为
摘要铁和铝在冷的浓硫酸和浓硝酸中都因被钝化而阻止其进一步被腐蚀，通过用Fe、Al做原电池的电极材料，考察其在浓硫酸、浓硝酸中的钝化情况：Fe、Al的钝化快慢、钝化后金属表面氧化膜的致密程度、酸液温度等对钝化的影响等均有所不同。
关键词钝化原电池氧化膜浓硫酸浓硝酸
在很多化学教材里讲到金属铁和铝的性质时，都要提到Fe、Al的钝化。
在冷的浓硫酸或冷的浓硝酸中Fe、Al因发生钝化，表面形成一层致密的氧化物保
护膜而使反应不能继续进行，那么，将Fe-Al-浓H 2SO 4（或浓硝酸）组成
原电池后有无电流、能否钝化？Fe、Al的钝化对酸液温度要求多“冷”？本文探究Fe、Al两种金属在浓硫酸及浓硝酸溶液中的电化学活性。
1 实验器材和药品
98%浓硫酸，稀硫酸，65%浓硝酸，表面打光的铁片、铝片、铜片，J2618-Ⅰ型检流计及有机玻璃缸（江苏扬大制造），温度计，冰盐浴等。
2 实验探究
按如图1所示连接好原电池，实验开始时先用Cu-Zn-稀H 2SO 4（或Fe-Al-稀H 2SO 4)组成的原电池来确定检流计指针的偏转与金属活泼性之间
的关系。
原电池A极接Cu（或Fe），B极接Zn（或Al），将约70 mL稀硫酸加入有机玻璃缸内，接通电路，观察检流计指针偏转方向，实验结果如表1所示的实验1和2。
图1 原电池装置
按照类似操作，进行实验3~9的探究，实验结果如表1所示。
在探究实验6~9时，需将有机玻璃缸置于冰盐浴中来控制浓硝酸的温度。
并记录检流计指针偏转方向及两极处的变化。
3 结果与讨论
由实验1可知，Cu-Zn-稀硫酸组成的原电池中，铜电极（A极）为正极，Zn 电极（B极）为负极，此时检流计指针偏向左。
故在以下的实验中若检流计指针
偏向左，则说明B极的金属在该电解质溶液中较A极的金属活泼。
实验2的结果同实验1，说明Fe、Al在稀硫酸中，Al较活泼，做负极，被
氧化。
但Fe、Al和不同温度的浓H 2SO 4组成的原电池因金属钝化使腐蚀过
程有所不同，如实验3结果：检流计指针逐渐偏向左边至一定的刻度后又慢慢向右恢复至零刻度，插入浓硫酸中的部分铁片、铝片表面均覆盖了一层物质（铁片
上的为灰黑色，铝片上的为白色）。
由此可知，在30℃下，Fe-Al-浓H 2SO 4
组成的原电池中，Fe、Al均可被钝化，但在钝化过程中Al更活泼，Al电极充当原电池的负极，随着反应的进行，Al、Fe表面逐渐被氧化膜覆盖，电路中电流逐渐减弱直至为零。
当浓硫酸温度升高至40℃时，检流计指针先向右偏至一定刻度后渐渐向左恢复至零，再逐渐偏向“0”刻度左侧一定刻度，再渐向右恢复至零，插入浓硫酸部分金属表面均覆盖了一层氧化膜，如实验4。
浓硫酸温度继续升高至50℃时，金属与浓硫酸的反应活性明显增强，检流计指针的偏转情况与实验4相似，在金属与浓硫酸接触之初，检流计指针偏转程度较大，说明此时电路中电流强度较大，这可能是铁的钝化速度较铝慢，Al表面的氧化层比Fe表面的氧化层更厚，更致密，Fe与浓硫酸接触更充分的原因；最后到达“0”刻度要花更长的时间，且在两极金属插入浓硫酸初期，两极处均出现少量气泡，说明该温度下Fe、Al与浓硫酸已表现出较强反应活性，结果如实验5。
通过比较实验6~9发现，Fe、Al在浓硝酸中能否钝化受温度影响更大，在硝酸温度高于10℃时，Fe与浓硝酸剧烈反应而不能钝化，但在30℃下，Al表面仍能生成一层致密的氧化膜而阻止铝与硝酸的反应，如实验6。
随着硝酸温度降低，Fe与硝酸的反应活性减弱，Fe、Al表面均生成一层氧化膜，但也可能是铁的钝化速度较铝慢，所以在当Fe、Al与浓硝酸接触瞬间，Al表面的氧化层比Fe 表面的氧化层更厚、更致密，Fe与浓硝酸接触更充分，Fe腐蚀得更快。
所以出现实验7中的结果：瞬间指针偏向“0”刻度右侧，但随后Fe表面的氧化膜变得更厚、更致密，指针随之又偏转至“0”刻度左侧，随着两极金属表面氧化膜厚度增加，电路中电流逐渐减小，直至为零，出现类似实验5的结果。
当浓硝酸温度降低至5℃以下（如实验8、9），两极金属与硝酸反应活性进一步减弱，更有利于氧化膜的生长，两极氧化膜的形成使两极电位差进一步减小，所以0℃时，检流计指针未能达到左侧最大刻度。
另外，将实验9中已钝化的Fe和Al片取下，在分别投入30℃的浓硝酸中，结果Fe片剧烈反应，产生红棕色气体，而Al片仍处于钝态，无明显变化。
这可能与Al表面的氧化膜较Fe表面的氧化膜致密有关。
综上所述，在浓硫酸、浓硝酸中Fe、Al均能被钝化，但Al表现的更活泼；在相同环境下，Fe钝化较Al慢；酸液温度对Fe、Al在2种强氧化性酸中能否钝化影响较大，在浓硫酸中钝化时的温度范围较宽，在40℃以下均可钝化，而在浓硝酸中，0℃左右Fe才能得到较好的钝化层；Al表面的氧化膜较Fe表面的氧化膜致密，对浓硝酸或浓硫酸的腐蚀有更强的保护作用，这可能是工业更多用
铝罐储存浓硝酸而用铁罐储存浓硫酸的原因。
参考文献
[1] 北京师大无机化学教研室.无机化学（下册）.第4版，北京：高等教育出版社，2003：768-778
[2] 杨辉,卢文庆.应用电化学.北京：科学出版社，2001：246-262
[3] 杨文治.电化学基础.北京:北京大学出版社，1982：249-256
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。