电化学行为（共12篇）
电化学行为 篇1
0前言
镍基690合金是压水堆核电站蒸发器传热管最佳的耐应力腐蚀材料, 与全挥发处理的高温高压纯水相接触时, 其表面会形成具有良好保护性的钝化膜, 有效地减缓了腐蚀介质与基体金属的进一步接触, 能显著提高其耐蚀性能[1,2]。国内对镍基690合金腐蚀行为的研究起步较晚, 且较少的相关报道也只是集中在对镍基690合金在含杂质高温高压水中腐蚀行为的研究, 如镍基690合金在含Pb的高温高压水环境中会发生应力腐蚀, Pb增加了应力腐蚀敏感性[3,4], 改变了钝化膜的组成和结构, 降低了其保护性。目前鲜见对镍基690合金在超纯水中的腐蚀行为研究的报道。系统开展镍基690合金在核电模拟环境中的腐蚀行为的研究, 加深对其在各种环境中形成的钝化膜的认识, 有助于提高核电站设备的耐蚀性和防护效果。为此, 本工作研究了镍基690合金在超纯水中常温下的电化学行为及高温高压下的腐蚀行为。
1 试验
1.1 镍基690合金及处理
镍基690合金壁厚1.09 mm, 外径为19.05 mm, 715℃TT处理10 h使C原子向晶界偏聚, 与Cr等金属结合, 在晶界析出细小的碳化物;TT处理后其化学成分 (质量分数, %) :0.020 C, 0.210 Si, 0.140 Mn, 0.007 P, 0.001 S, 59.155 Ni, 30.470 Cr, 9.970 Fe, 0.027 N;其微观组织为奥氏体晶粒, 且有一定数量的孪晶存在, 晶界上分布着致密连续的、以M23C6为主的碳化物 (见图1) 。线切割一节TT处理后的镍基690合金, 采用60~2 000号水砂纸逐级打磨, 抛光至镜面, 丙酮除油, 去离子水清洗, 吹干。
1.2 腐蚀条件
(1) 常温电化学腐蚀将镍基690合金背面点焊引出铜导线, 用环氧树脂涂封并露出工作面积0.8cm2;腐蚀介质为超纯水, 温度为常温。
(2) 高温高压腐蚀将长40 mm的镍基690合金管从直径处纵向剖开, 用砂纸对横切面和纵切面逐级打磨至1 200号, 水洗后用丙酮除油, 去离子水清洗后吹干, 置于高压釜中的超纯水中, 温度320℃, 压力7 MPa, 时间4 400 h。
1.3 测试分析
(1) 常温电化学腐蚀 采用Princeton VMP3电化学工作站进行动电位极化曲线和交流阻抗测试:铂片为辅助电极, 饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极;待工作电极在溶液中静置至自腐蚀电位稳定后, 以1m V/s的扫描速率进行动电位极化, 电位扫描范围为-0.6~1.2 V;交流阻抗在开路电位下测试, 扰动电位为10 m V, 测试频率范围为1× (10-2~105) Hz。
(2) 高温高压腐蚀 利用Quanta250环境扫描电镜 (SEM) 观察镍基690合金的表面腐蚀形貌, 以其自带的能谱仪 (EDS) 对腐蚀产物进行元素能谱分析。采用D/max-RB型X射线衍射仪 (XRD) 分析表面腐蚀产物膜的组成, Cu靶Ka线, 镍滤波, 扫描速率为2 (°) /min, 扫描范围为10°~100°。
2 结果与讨论
2.1 超纯水中常温下的电化学行为
2.1.1 动电位极化曲线
图2为镍基690合金在超纯水中常温下的动电位极化曲线。从图2可以看出:镍基690合金在超纯水中的自腐蚀电位约为0.2 V, 自腐蚀电流密度较小, 约为10-6A/cm2;阳极极化曲线存在一定宽度的维钝电位, 在0.6 V左右腐蚀电流密度开始逐渐增大, 但始终较小, 在1.2 V时仍然具有较小的腐蚀电流密度。以上结果说明, 镍基690合金在常温超纯水中具有良好的耐腐蚀性能。
2.1.2 交流阻抗谱
图3为镍基690合金在超纯水中开路电位稳定后的Nyquist曲线。由图3可以看出, 镍基690合金的Nyquist曲线由2个容抗弧组成, 即有2个时间常数。采用图4的等效电路对Nyquist曲线进行拟合[5,6], 拟合参数见表1。其中, Rs为溶液电阻, R1为电荷转移电阻, C1为界面双电层电容, R2为钝化膜的电阻, CPE为钝化膜电容, 考虑到钝化膜的粗糙度等引起的弥散效应, 在等效电路中用CPE来代替纯电容元件, 其阻抗可用ZQ= (jω) -n/YO计算。YO和n为CPE常数, n表示弥散效应的程度, 0
2.2 超纯水中高温高压下的腐蚀形貌及行为
2.2.1 腐蚀形貌
图5为镍基690合金在320℃, 7 MPa高温高压超纯水中浸泡4 400 h后的表面腐蚀形貌。
由图5可以看出:腐蚀表面呈现一定方向性的凹槽, 是由镍基690合金外表面的机械抛光加工形成的表面状态决定的, 凹凸部位形成电偶对, 凸起部位作为阳极优先腐蚀, 从而保留了机械加工痕迹;表面腐蚀产物外层是颗粒状腐蚀产物, 内层为致密腐蚀产物, 颗粒状腐蚀产物应为Fe和Ni的腐蚀产物。
图6为镍基690合金高温高压腐蚀后的截面SEM形貌及线扫描能谱, 从图6可以看出:腐蚀产物厚度不均, 最外层分布较大颗粒状物质, 靠近里层是均匀致密的产物层。
2.2.2 腐蚀产物的组织结构
图7为镍基690合金高温高压腐蚀产物的XRD谱。由图7可知:腐蚀产物主要由Ni Fe2O4, Ni O, Ni (OH) 2, Cr2O3等物质组成。结合图6可以看出, Ni Fe2O4, Ni O, Ni (OH) 2主要为外层腐蚀产物, 而Cr2O3则为内层腐蚀产物。这与文献[7, 8]报道的结果相符。镍基690合金具有高的Cr含量, 内层的Cr2O3可以作为很好的屏障, 有效降低离子的传输, 抑制金属元素发生进一步的阳极溶解。由此可见, 镍基690合金在高温高压超纯水中也具有优良的耐蚀性能。
3 结论
(1) 镍基690合金在常温超纯水中能形成均匀致密、保护性良好的钝化膜, 其自腐蚀电流较小, 且存在着一定的维钝电位区间, 表现出良好的耐蚀性能。
(2) 镍基690合金在高温高压超纯水中浸泡4 400h仅产生轻微腐蚀, 耐蚀性优良, 形成的腐蚀产物由双层钝化膜结构组成, 其主要成分为Ni (OH) 2, Ni O, Cr2O3, Ni Fe2O4等, 外层颗粒状产物主要是Fe和Ni的氧化物, 内层致密层为Cr的氧化物, 即Cr2O3, 可有效降低离子的传输, 抑制腐蚀反应的进一步发生。
参考文献
[1]Peng B, Lu B T, Luo J L, et al.Investigation of passive films on nickel Alloy 690 in lead-containing environments[J].Journal of Nuclear Materials, 2008, 378 (3) :333~340.
[2]Montemor M F, Ferreira M G S, Walls M, et al.Influence of pH on properties of oxide films formed on type 316L stainless steel, Alloy 600, and Alloy 690 in high-temperature aqueous environments[J].Corrosion, 2003, 59 (1) :11~21.
[3]胡铁嵩, 王俭秋, 柯伟, 等.690TT合金在高温含铅碱液中的腐蚀行为[J].中国腐蚀与防护学报, 2010, 30 (6) :427~432.
[4]余远方, 王辉, 胡石林.690TT合金在特殊环境下的腐蚀问题[J].中国腐蚀与防护学报, 2010, 30 (3) :251~256.
[5]Sikora J, Sikora E, Macdonald D D.The electronic structure of the passive film on tungsten[J].Electrochimica Acta, 2000, 45 (12) :1 875~1 883.
[6]Montemor M F, Ferreira M G S, Hakiki N E, et al.Semiconducting properties of thermally grown oxide films on AISI 304 stainless steel[J], Corrosion Science, 2000, 42 (4) :687~702.
[7]Sennour M, Marchetti L, Martin F, et al.A detailed TEM and SEM study of Ni-base alloys oxide scales formed in primary conditions of pressurized water reactor[J].Journal of Nuclear Materials, 2010, 402 (2) :147~156.
[8]Huang J B, Wu X Q, Han E H.Influence of pH on electrochemical properties of passive films formed on Alloy690 in high aqueous environments[J].Corrosion Science, 2009, 51 (12) :2 976~2 982.
电化学行为 篇2
利用自组装技术将席夫碱硫醇衍生物在金表面形成自组装单分子膜,并初步研究了此自组装单分子膜的电化学行为,发现该席夫碱分子在0.1mol@L-1的KCl溶液中具有电化学不可逆氧化还原行为,且随着自组装时间的增加表观电极反应速率常数值显著减小,最后减小为0,并对此进行了解释.
作 者：王宁 丁克强 童汝亭 邵会波 作者单位：王宁(河北师范大学化学系,石家庄050016;首都师范大学化学系,超分子化学与分子工程学实验室,北京100037)
丁克强,童汝亭(河北师范大学化学系,石家庄050016)
邵会波(首都师范大学化学系,超分子化学与分子工程学实验室,北京100037)
略论化学教学中的非语言行为 篇3
关键词：化学教学；非语言行为；功能
在课堂教学中，动作和姿势、表情等非语言行为，是替代语言表达的一种有效而经济的手段。
——（美）班尼《教育社会心理学》
如果说教学语言是使学生通过听觉器官来获取信息的话，那么非语言行为则是让学生通过视觉器官来获取信息。教师如果能在向学生输出语言信息的同时，适当地输出非语言信息，那么，输出的信息量就会大大增加而提高教学效果。非语言行为主要包括目光、表情、手势、姿态、仪表、人际距离、辅助语言等。在课堂教学中，它或伴随师生语言行为，或代替语言行为进行教学信息的交流和调控教学。美国心理学家艾伯特·梅瑞宾在进行一系列的实验研究后，于1968年提出一个公式：信息交流的总效果=7%的语言+38%的音调+55%的面部表情，且记忆的80%来源于视觉。尽管这个公式的精确性值得考虑，但它起码说明了非语言行为在人类交往中的重要作用。下面就非语言行为在化学教学中的功能做如下论述：
一、辅助课堂教学语言的表达
非语言行为能辅助语言的表达，具有支持、修饰、丰富、调节、强化语言行为等作用。具体表现在：
1.增强语言的感染力，辅助表达情感，活跃气氛。例如，在讲化学家的光辉业绩时，在弘扬爱国主义精神的时候，在斥责不法分子用工业酒精兑白酒致人死亡的时候，教师除用语言表达外，辅以相应的崇敬、热情、愤怒等表情和手势，更能激发学生的情感。
2.弥补语言表达的不足，补充语言表达的未尽之意。有些事物，如果用语言表达会显得生硬、直露而难以接受，但如果用非语言行为则显得婉转含蓄，让人难以拒绝。例如，当学生回答问题的时候语言出现偏差，或思维出现混乱时，教师用目光或手势示意比直接用语言的效果要好。
二、辅助实验教学
非语言行为在化学教学中的作用还突出表現在：它是辅助化学实验教学的一种有效手段。在化学示意操作技能的教学中，如果教师仅仅用语言讲述某仪器应该如何使用和操作，往往会显得抽象难懂，而且啰嗦费时。但如果配以相应的操作演示则非常直观形象、简洁明了。例如：振荡试管，正确的操作应该是借助腕力，但学生往往是做手臂运动。这样的操作不仅振荡效果差，而且试管里的液体容易溅出伤人。实验表明，教师在讲解时如果不配以相应的动作说明，学生往往感到无所适从，需要很长时间才能掌握。但如果对正确或错误的操作辅之以相应的动作示范，并进行比较，学生就很容易模仿并掌握。另外，教师演示时的目光、表情、动作、姿态，对学生有重要的示范作用。教师镇定自若的表情、沉着自信的目光、熟练规范的操作，不仅使正确的操作技术和方法形象化，便于学生学习和掌握，而且能促使学生自觉地规范自己的操作，并调节、稳定自己实验时的心理状态。反之，如果教师演示时目光缺乏自信，神态慌乱紧张，身体远离试验台，操作生疏而不规范，不仅影响试验的效果，导致失败，而且直接影响学生的心态，使学生在心理上产生对实验的恐惧、厌恶，甚至转为对化学课的讨厌、反感情绪。这样造成的损失是难以弥补的。所以，在实验教学中，教师一定要重视发挥非语言行为的独特作用，从而有效地提高实验教学的质量。
三、反馈教学信息
在教学中，教师要实现对教学的有效控制，就必须从学生那里获得反馈信息。其中的一条有效途径就是观察学生的非语言
行为。
学生上课时的非语言行为，是反映学生心理状态的晴雨表和思维活动的脑电图。在学生的一顾一盼、一举一动、一颦一笑中，都自觉不自觉地流露出内心的情感和隐秘，传递着丰富而真实的信息。例如，学生目光凝聚表示在沉思；左顾右盼则是心猿意马，目光炯炯有神表示精力旺盛，注意力集中；目光黯淡则多为疲惫困倦、情绪低落；皱眉摇头表示不理解、不满意，微笑点头表示理解了、很满意；哈欠频频、东倒西歪大多是对老师的讲授感到厌烦；有意咳嗽则可能提示下课时间到了。教师要善于同学生进行非语言的交流，保持畅快的对话。通过非语言行为的微妙变化，调整学生的心理活动和思维变化，及时反馈自己知识传授的正误、深浅、难易、快慢、详略、疏密等，迅速加以调节、控制，保证教学活动沿着教学目标前进。
四、控制学生的课堂非语言行为
课堂教学中知识信息的传输是主旋律，要求其传输保持流
畅、连续。但课堂中学生的行为又需要随时间进行调控，如果用语言，势必造成教学活动的中断，而如果用非语言行为，则往往会收到事半功倍的效果。因此，凡教艺高超的教师都善于通过自己的面部表情、眼神、手势、姿态等非语言行为向学生发出对其行为的肯定、否定，接纳、排斥，赞许、批评，鼓励、制止等信息，从而达到控制学生课堂行为而又不影响教学连续性的目的。
1.肯定学生课堂行为的非语言行为。教学实践表明：教师的微笑、点头、赞许的目光，竖大拇指，鼓掌，亲切地拍拍肩膀，走到学生中间，站在讲台前面等非语言行为，都能有效地激励学生，使学生感受到教师的喜爱、关心、爱护和重视，感到自己是参与者而不是旁观者，从而树立信心，积极参加课堂活动。并且，他们的课堂行为也会越接近教师所期望的标准。著名的“皮格马利翁效应”就是由于发挥了非语言行为的情感信号功能，使学生感受到教师从目光、表情、姿态、语气中流露出的期望而备受鼓舞从而产生的奇妙现象。
2.否定学生课堂行为的非语言行为。教师对学生课堂上的违纪行为，如讲小话、做小动作、偷看小说杂志、玩东西等，如果用言语进行纠正，往往容易伤害学生的自尊心，导致师生情感对立，而且分散其他同学的注意力，甚至造成教学活动中断。最后，教师还须稳定自己的情绪，重新启动全班同学的学习行为。因此，经验丰富的教师，为避免口头语言批评产生的负效应，通常采用非语言行为来否定学生的违纪行为，效果颇佳。
例如，放慢速度，一字一顿配以目光示意；走到违纪者面前，但并不正视他，继续讲课；如果违纪者较多，或经反复示意效果不佳，教师可稍做停顿，并用严厉的目光扫视学生。注意的规律表明：教师讲课声音刺激的改变，会引起学生的注意，他们会不由自主地抬头观望何故，此时正好遇到教师严厉的目光，四目相对，虽然彼此无言，但却心照不宣，此时无声胜有声。
碳钢在冷凝水中的腐蚀电化学行为 篇4
20碳钢作为冷凝水管线的常用钢材, 在工业生产中易发生腐蚀引起管道失效, 进而影响装置的长期稳定运行。因此, 研究冷凝水介质中20碳钢的腐蚀行为具有重要意义。目前有关某一因素对冷凝水中碳钢腐蚀性能的影响的研究已有很多[1~5], 而利用多种电化学手段探讨多个因素对冷凝水中碳钢腐蚀行为的研究相对较少。本工作应用动电位极化曲线、交流阻抗谱 (EIS) 等电化学手段, 结合扫描电镜 (SEM) , 研究了20碳钢在不同温度、不同p H值下的静态冷凝水介质中的电化学腐蚀行为, 探讨了其腐蚀规律, 以为后续流动加速腐蚀速率预测模型提供数据和理论支撑。
1 试验
1.1 试材
试材为20碳钢, 化学成分 (质量分数, %) 为0.165 C, 0.170 Si, 0.436 Mn, 0.018 P, 0.031 S, 余量为Fe;测试面 (2 cm2) 用200~1 200号砂纸打磨去除表面加工痕迹, 机械抛光后, 再依次用酒精和去离子水清洗干净, 经冷风吹干后置于干燥器中备用。
1.2 腐蚀装置及条件
采用自制的温度、压力可控的密闭腐蚀装置, 腐蚀介质为去离子水, 80~125℃, 用1 mol/L Na OH溶液调节p H值为7~10, 腐蚀时间48 h。为了保证介质在100℃以上时不沸腾, 采用氮气保压法, 使装置内的压力高于该温度下的饱和压力。
1.3 测试分析
电化学测试在CHI660C电化学工作站上进行, 试样为工作电极, 铂丝 (0.2 mm) 为参比电极, 石墨棒为辅助电极。3个电极均置于腐蚀装置的腐蚀介质中, 腐蚀结束后直接测试。交流阻抗谱 (EIS) 测量的频率范围为1× (10-2~105) Hz, 交流激励信号幅值为5 m V。采用JSM-6360LV扫描电镜 (SEM) 观察腐蚀产物膜的形貌。
2 结果与讨论
2.1 极化曲线
图1是试样在不同p H值、温度下腐蚀48 h后的极化曲线。图2为试样腐蚀电流与温度、p H值的关系。从图1可以看出:随着温度的升高, 腐蚀电位正移;除p H=10以外的3种p H值下腐蚀电流密度均随着温度的升高呈升高趋势;p H=7中有4个温度下的阳极极化斜率大于阴极极化斜率, 阴极反应进行得相对容易。从图2可看出:当p H=7时, 腐蚀电流随温度升高先降低后升高, 在90℃时最小, 为点蚀温度[6];同理可得出p H值为8, 9时点蚀温度为80℃, p H=10时点蚀温度为100℃。这种点蚀现象与腐蚀产物膜的厚度、覆盖率、孔隙率有直接关系。腐蚀产物膜覆盖度较低时, 腐蚀类型为均匀腐蚀。随着温度升高, 基体表面形成疏松多孔的腐蚀产物膜, 孔隙内基体与腐蚀产物膜未被破坏的区域形成电偶腐蚀, 这种大阴极小阳极的状态使腐蚀向深处发展, 加速了孔隙内基体的溶解, 产生严重点蚀, 加大了腐蚀速率。
2.2 交流阻抗谱
图3是不同p H值、温度下, 试样在冷凝水介质中腐蚀48 h后的交流阻抗谱, 其等效电路见图4及表1。其中, Rs为溶液电阻, Rp为线性极化电阻, Rt为微孔内电阻, Cdl为双电层电容, Zw为韦伯阻抗, Cp为腐蚀产物膜膜层电容, Rc为腐蚀产物膜膜层电阻, RL为等效电阻, L为等效电感。
由图3a可知:p H=7时, 80, 110℃的EIS谱中出现了感抗弧, 这是因为试样表面腐蚀产物膜被溶解;90, 125℃中EIS谱高频区的双电层容抗弧明显, 低频区出现了由半无限扩散导致的Warburg阻抗特征, 且还有1个容抗弧叠加使得EIS谱在低频区略偏离直线, 说明腐蚀过程不仅受离子扩散的影响, 而且还受附加的电极过程影响。
由图3b可知:p H=8时, 随着温度的升高, 高频区的容抗弧逐渐收缩;80℃时的EIS谱中只出现了单一的容抗弧, 低频区并未出现感抗弧的特征;90℃时, 在EIS谱中的低频区出现了Warburg阻抗特征, 说明腐蚀过程受扩散控制;100℃时EIS谱由2个容抗弧组成, 没有感抗弧叠加, 这表明腐蚀产物在试样表面覆盖比较完整, 活化区域很少;125℃时, EIS谱中低频区出现了由扩散导致的Warburg阻抗特征, 但是Warburg阻抗曲线有所偏离, 归因于低频区中有容抗弧在谱中叠加所致。
由图3c可知:当p H=9时, 随着温度的升高, 容抗弧逐渐收缩;在80, 90, 100℃时, EIS谱的低频区出现了由扩散导致的Warburg阻抗特征, 而且90, 100℃时的Warburg阻抗有所偏离;110, 125℃时低频区出现了感抗特征, 并且感抗弧在扩大, 这种现象与试样表面状态有关, 感抗弧的出现及扩大是由试样表面的腐蚀产物膜的溶解速率增加所致。
由图3d可知:5个温度下的EIS谱均由高频区的容抗弧及低频区的Warburg阻抗组成, 说明腐蚀过程受扩散控制。
综上可知, 不同温度下的EIS谱中溶液电阻存在着较大的差异, 这是因为测试装置采用0.2 mm的铂丝作为参比电极, 在流体介质流动情况下, 铂丝受热变软, 随着流体摆动, 导致参比电极与试样之间的距离发生变化, 使得溶解电阻存在较大的差异。
不同p H值、温度下试样的微孔内电阻Rt及线性极化电阻Rp见图5。由图5可以看出:在p H=9时, 随着温度的升高, Rt及Rp减小, 最后趋于稳定;碳钢在冷凝水中的阻抗谱高频区的容抗弧半径随着温度的升高先扩大后缩小, Rt及Rp均先增大后减小, 这与腐蚀电流的变化基本一致, 表明腐蚀速率随温度的升高先减小后增加, 腐蚀产物膜在高温时溶解速率加快, 对基体的保护性下降。
2.3 腐蚀产物膜形貌
图6为试样在p H=7、不同温度下腐蚀48 h的腐蚀产物膜的SEM形貌。从图6可以看出:试样表面形成的均为疏松多孔的腐蚀产物膜;80℃时的腐蚀产物膜孔隙较大, 覆盖率较低, 腐蚀产物膜在金属表面不易形成, 腐蚀类型为均匀腐蚀, 腐蚀产物膜对基体的保护作用差, 基体的腐蚀速率较大;90℃时, 基体溶解后生成腐蚀产物的速率大于腐蚀产物膜的溶解速率, 腐蚀产物膜相对80℃时的更致密, 腐蚀产物膜覆盖率较高, 对基体的保护性好, 腐蚀速率降低;100℃时, 由于温度的升高, 腐蚀产物膜的溶解速率增大, 腐蚀产物膜由堆积的晶状颗粒物组成, 并且在堆积物之间存在较大的孔隙, 孔隙处易形成相对阻滞闭塞区, 点蚀现象的发生会引起基体腐蚀速率的增大;110℃及125℃时的孔隙逐渐变小, 腐蚀产物膜的致密度越来越高;然而随着温度升高腐蚀产物膜溶解速率增大, 使得基体腐蚀反应速度加快, 导致腐蚀速率增大。
3 结论
(1) 随着温度的升高, 20碳钢发生点蚀的倾向增大, p H=7时, 其点蚀温度为90℃, p H=8, 9时的点蚀温度为80℃, p H=10时的点蚀温度为100℃。
(2) 腐蚀反应基本受扩散控制;不同p H值、温度下的腐蚀产物膜均疏松多孔, 随着温度的升高, 腐蚀产物膜的孔隙率逐渐变小, 致密度升高。
摘要：为了给20碳钢在冷凝水中流动加速腐蚀模型的建立奠定基础, 在温度、压力可控的密闭腐蚀试验机上运用电化学测试手段 (极化曲线、交流阻抗谱) 研究20碳钢在不同温度、不同pH值的冷凝水中的腐蚀电化学行为, 并通过扫描电镜 (SEM) 观察腐蚀产物膜形貌。结果表明:在80125℃, pH值710的冷凝水中20碳钢的腐蚀反应基本受扩散控制, 腐蚀产物膜均多孔疏松, 在金属基体和腐蚀产物膜之间构成大阴极、小阳极的腐蚀系统, 导致金属基体表面发生点蚀的倾向增大, 腐蚀速率升高;pH=7时点蚀温度为90℃, pH=8, 9时点蚀温度均为80℃, pH=10时点蚀温度为100℃。
关键词：腐蚀电化学行为,20碳钢,冷凝水,极化曲线,交流阻抗谱,点蚀
参考文献
[1]Kawai N, Wada K, Hirano H, et al.Critical concentrative of dissolved oxygen to form protective iron oxides under combined water treatment conditions[J].Corrosion Engineering, Science and Technology, 2003, 38 (4) :287~294.
[2]杨洋.REAC系统水相介质中碳钢的腐蚀行为研究[D].杭州:浙江工业大学, 2011:41~44.
[3]刘延湘.炉水温度影响碳钢腐蚀的试验研究[J].腐蚀与防护, 2002, 23 (3) :2~5.
[4]曹顺安.模拟高温炉水中Cl-对20A碳钢的腐蚀研究[J].材料保护, 2001, 34 (3) :16~19.
[5]陈长风.油套管钢CO2腐蚀电化学行为与腐蚀产物膜特性研究[D].西安:西北工业大学, 2002:83~90.
电化学行为 篇5
在玻碳电极上制备了多壁碳纳米管/Nafion(MWNTs-Nafion)膜,用交流阻抗谱(EIS)、循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)研究了氟嗪酸在该膜上的电化学行为.与裸玻碳电极相比,这种纳米结构膜修饰的电极对氟嗪酸的电化学氧化显现出极好的促进作用,氟嗪酸的氧化峰电流明显增强,在修饰电极上于+0.97 V处产生了1个灵敏氧化峰.LSV测定氟嗪酸的线性范围为1.0×10-8～1.0×10-6 mol/L和1.0×10-6～2.0×10-5 mol/L,开路富集400 s后,检出限为8.0×10-9 mol/L(3倍信噪比),方法可用于人尿中氟嗪酸的`实时测定.
作 者：杨春海 张升晖 刘应煊 黄文胜 YANG Chun-Hai ZHANG Sheng-Hui LIU Ying-Xuan HUANG Wen-Sheng 作者单位：杨春海,YANG Chun-Hai(湖北民族学院化学与环境工程学院,恩施,445000;武汉大学化学与分子科学学院,武汉,430072)
张升晖,刘应煊,黄文胜,ZHANG Sheng-Hui,LIU Ying-Xuan,HUANG Wen-Sheng(湖北民族学院化学与环境工程学院,恩施,445000)
电化学行为 篇6
在教学过程中，教师有效设问及引领行为，可引发学生的认知冲突、激发学生的学习兴趣、触动学生的思维、促进学生的知识生长，而且有利于教学三维目标的有效达成。问题设置及引领行为是教师课堂教学行为的重要组成部分，也是当前中学化学课堂教学中教师行为有效性较为薄弱的部分。笔者经研究发现，就中学化学教学而言，有效的问题设置及引领行为应具备以下几个特征。
一、问题应紧紧围绕教学目标，指向明确
教师在进行教学设计时，设置问题必须指向明确，始终围绕教学目标。如在课堂导入时，设置的问题应能激发学生的学习兴趣；在进行实验及探究教学时，能提出适当的问题引起学生的好奇心，调动学生的探究热情；在单元教学结束时，应拓展延伸，渗透STSE［即科学（Sci-ence）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）］教育，给学生以“有用的化学”的价值观引领。
构建学科主干重点知识体系是学生学习的主要目标之一，所以教师的问题设置及引领行为必须指向学科主干重点知识体系。例如，物质的性质均具有多样性，因此在设置问题时需针对其多样性的性质，提出多元化的问题，即将一类问题分解为有针对性的多个小问题，分别指向学科主干重点知识体系的不同要素。如在开展“基于预测的探究学习活动——二氧化硫化学性质”的教学时，可将问题“预测二氧化硫具有怎样的化学性质？”分解为“二氧化硫是酸性氧化物，那么，它具有怎样的化学性质？”“根据硫元素具有的化合价以及二氧化硫中硫的化合价，它可能具有怎样的化学性质？”两个问题。这两个问题分别基于物质的分类观和化学反应观，并指向元素及其化合物的主干知识，具有较强的针对性，学生探究的思路清晰，教学效率便会提高。更重要的是，所提的问题及引领行为指向了学科主干重点知识体系，突出了教学重点，有利于突破教学难点。
二、问题应体现学科思想和方法
“了解化学科学发展的主要线索，理解基本的化学概念和原理，认识化学现象的本质，理解化学变化的基本规律，形成有关化学科学的基本观念”是课程标准提出的知识与能力目标之一。化学教学应渗透以下学科思想和方法：化学研究的物质层次（微粒观）——物质宏观组成、性质变化规律（元素观）——化学变化的形式（守恒观、限度观）——化学变化实现的途径（能量观）——化学研究的方法（分类观、结构观、审美观）——化学的应用（价值观）。教师在教学过程中应不断引领学生在问题解决的过程中主动建构学科体系。上述的二氧化硫性质预测、“从DHA（二十六碳六烯酸）的名称与结构特点看，它的主要化学性质有哪些？”“甲烷的正四面体结构为什么是最美的？”等问题引领，都体现了化学学科学科思想与方法的建构。
三、问题组应有思维层次
问题经常不是独立的，实现一个教学目标常常需要设置一组教学问题。问题组应该有层次性，并有其各自的功能与指向：由通俗易懂，逐渐上升到具有较强的学科知识，以培养学生的学习兴趣，发展学生思维，满足不同层次学生的课堂感受，让不同学生都能找到学习的成就感。如笔者在设计《油脂》教学时，在情境创设环节设置了三个问题：（1）“你家炒菜用什么油？”此问从学生的日常生活入手，激发了学生的学习兴趣，使其注意力集中到课堂中来。（2）“液态油的原料主要是什么？固态油呢？”这仍是生活常识，大部分学生已经有了正确答案，但一些不注意观察与思考的学生可能仍不知道此常识。（3）“液态油和固态油的化学成分有什么相同与不同之处？”这个问题上升到了化学学科层面，学生不通过学习便无法解决这一问题，喜欢思考和热爱学习的学生会迫切地想探个究竟。这个由三个不同层次的问题组成的问题组，成功调动了学生学习的兴趣，并明确了本节课的主要教学内容。
四、应引领学生生成新问题
解决问题是一种能力，能思考并提出问题是一种更高层次的能力。教学问题的设置不应满足于学生能解决，还要给学生预留下进一步思考并提出新问题的空间。如进行了苯的溴代反应和苯酚的溴代反应教学后，需比较两个反应的不同，如提出“仔细观察，同是与溴发生取代反应，两者的区别在哪里？”的问题，就比直接问“为什么苯酚的溴代反应比苯的溴代反应更容易，进行的程度更大呢？”要有效。因为后一问题，实际上是在对两个反应作出比较后得出的结论之一。相比而言，前一问更能激发学生“发现”问题的兴趣，使其从区别入手，通过比较两个反应后发现苯酚的溴代反应比苯的溴代反应更容易、进行的程度更大。
电化学行为 篇7
循环伏安法是一种常用的电化学研究方法。该法控制电极电势以不同的速率, 随时间以三角波形一次或多次反复扫描, 电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应, 并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度, 中间体、相界吸附或新相形成的可能性, 以及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极反应参数, 判断其控制步骤和反应机理, 并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应, 及其性质如何。对于一个新的电化学体系, 首选的研究方法往往就是循环伏安法, 可称之为“电化学的谱图”。实验中使用的工作电极除了使用汞电极外, 还可以用铂电极、金电极、玻璃电极、悬汞、汞膜电极、碳纤维微电极以及化学修饰电极等[1]。
苯酚是一种重要的苯系中间体, 俗称石炭酸, 分子式C6H5OH, 是一种重要的化工原料, 主要用于生产酚醛树脂、己内酰胺、双酚A、己二酸、苯胺、烷基酚、水杨酸等, 此外还可用作溶剂、试剂和消毒剂等, 再合成纤维、合成橡胶、塑料、医药、农药、香料、染料以及涂料等方面具有广泛应用[2]。其中生产酚醛树脂是其最大用途, 占苯酚产量一半以上。此外, 有相当数量的苯酚用于生产卤代酚类。
苯酚作为一种重要的有机化工合成原料, 近年来发展较快, 我国每年生产苯酚就排放大约2×105t的含酚工业废水, 对水源、水生生物产生严重影响。另外, 使用含酚废水灌溉农田, 也会影响作物生长, 进而危及人体健康。用低浓度含酚废水灌溉农田会使一些农作物因含有酚类物质, 不能食用;高浓度含酚废水灌溉农田会引起农作物的死亡。当水体中含酚浓度达到1~2mg/L时, 鱼类即出现中毒症状, 超出4~5mg/L时, 将引起鱼类的大量死亡。含酚工业废水中, 以苯酚的含量最高, 毒性最大, 目前环境监测均以苯酚作为监测指标。因此, 建立简便快速、灵敏的苯酚检测方法, 具有重要的理论和现实意义[3]。
目前, 苯酚的检测方法主要有紫外[4], 可见光分光光度法[5], 高效液相色谱法[6]和电化学方法[7], 电化学方法具有仪器简单、灵敏度高、分析速度快等优点。
玻碳是电化学和电分析化学研究中广泛使用的一种电极材料, 它具有背景电流小, 可使用的电位范围宽, 以及表面容易被修饰等特点[8], 而且, 研究表明玻碳电极材料的电化学性能可通过预处理得以改善, 已报道的预处理方法很多, 其中研究较多的是电化学预处理法[9], 玻碳电极经过电化学方法处理后其分辨率、灵敏度、电极的重现性以及催化性能等方面都较处理前有显著提高, 在电分析化学中具有广阔的应用前景, 已成功被用于测定对苯二酚[10], 多巴胺, 抗坏血酸及尿酸[11]等物质。
1 实验部分
1.1 主要仪器和药品
电化学工作站CHI660 (上海辰华仪器公司) ;三电极体系:裸玻碳电极 (CHI104) , 铂电极 (雷磁213) , 饱和甘汞电极 (SCE) ;酸度计 (HANNA PH211) ;电子分析天平 (AL204) ;数显鼓风干燥箱 (GXZ-9070MB) ;数控超声波清洗仪 (KZ3200DE) 。
氧化铝 (1.0μm、0.3μm、0.05μm) ;金相砂纸 (小号) ;磷酸二氢钠 (Na H2PO4·2H2O, 156.01) ;磷酸氢二钠 (Na2HPO4·12H2O, 358.14) ;氯化钾 (KCl, 74.56) ;亚铁氰化钾 (K4Fe (CN) 6·3H2O, 422.39) ;铁氰化钾 (K3Fe (CN) 6, 329.25) ;苯酚 (C6H5OH, 94.11) 。
其它试剂均为分析纯, 整个实验过程中均用二次蒸馏水。
1.2 实验方法
1.2.1 电极预处理
玻碳电极依次在1.0μm, 0.3μm和0.05μm的氧化铝浆料的抛光布上同一方向打磨, 用二次蒸馏水洗涤后, 依次在0.8 mol/L乙醇中, 二次蒸馏水超声, 并在空气中干燥。之后电极浸泡在1×10-3 mol/L的K3Fe (CN) 6中扫描, 电势范围-0.5~0.9 V (相对于饱和甘汞电极, SCE) , 直到峰电位间隔小于80毫伏[12]。
1.2.2 电化学测试
将处理好的玻碳电极插入含有一定浓度苯酚的0.1 mol/L的磷酸盐缓冲溶液 (PBS) 中, 选用CHI电化学工作站, 以玻碳电极为工作电极, 铂电极为对电极, 饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极, 开路搅拌富集1 min后静止15 s, 在-0.5~0.9 V的电位范围内扫描, 记录循环伏安曲线。
2 结果与讨论
2.1 苯酚在玻碳电极上的循环伏安行为
采用玻碳电极为工作电极, 铂电极为对电极, 饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极的三电极体系, 在扫描速率为0.32 V/s, 扫描范围为-0.5~0.9 V的情况下, 玻碳电极在磷酸盐 (p H=6.5) 缓冲溶液和苯酚 (1.0×10-5 mol/L) 的混合溶液中的扫描曲线如图2所示, 在0.20 V附近只产生了一个氧化峰, 这说明苯酚的氧化是不可逆的。
2.2 浓度对苯酚电化学行为的影响
将处理好的玻碳电极为工作电极、铂电极为辅助电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系, 分别浸入15m L浓度为2.0×10-3mol/L、2.0×10-4mol/L、2.0×10-5mol/L的苯酚溶液与15 m L (0.1 mol/L) 磷酸盐缓冲液 (PBS, p H=6.5) 的混合液中, 控制电位-0.5~0.9 V, 搅拌富集20s, 静止2 s, 以0.24 V/s的速率进行循环伏安扫描, 如图3所示。结果表明:当底物中苯酚的浓度为1.0×10-5 mol/L时的峰形较好, 反应的峰电流最大。
2.3 p H值对苯酚电化学行为的影响
以处理好的玻碳电极为工作电极、铂电极为辅助电极、饱和甘汞电极为参比电极, 用循环伏安法考察了苯酚在玻碳电极上的氧化峰电位及峰电流随p H的变化情况, 结果如图4所示。由图可知, 当p H=6.5时苯酚的氧化峰较为明显, 峰电位较大, 因此选择p H为6.5的PBS (0.1 mol/L) 为测定苯酚的介质。
2.4 扫描速率对苯酚电化学行为的影响
如图5所示, 在0.008~0.400 V/s范围内研究了不同扫描速率的影响。随着扫描速率的增大, 苯酚的氧化峰电流随之增大, 峰电流i P与扫描速率v呈良好的线性关系, 线性方程为:i P=-0.17399-8.01466v, 线性相关系数r=0.9973, 如图6所示。这说明苯酚在玻碳电极上的电化学反应是一个受吸附控制的电极反应过程。当扫描速率过高时, 充电电流过大, 会影响测定的准确性[13]。为了获得较大的峰电流, 同时为了防止充电电流过大, 本实验选择扫描速率为0.24 V/s。
3 结论
电化学行为 篇8
关键词：304不锈钢,点蚀,动电位电化学阻抗谱,时间扫描电化学阻抗谱
不锈钢具有良好的加工成型性能以及良好的耐腐蚀及抗氧化性能,因此在航空航天领域得到了较为广泛的应用。近些年来,在航空工业产品上,不少用结构钢制造的零件,有逐步被各类不锈钢代替的趋势,这样可以减少表面防护及防锈措施,降低零件的失效概率。随着飞机向着长寿命、高安全性发展,采用高强度不锈钢制作某些重要零部件已成为主要发展趋势[1]。
但是在含有侵蚀性离子(如Cl-)的介质中,不锈钢非常容易发生点蚀[2],点蚀的存在,不但降低了不锈钢件的整体强度,而且蚀孔容易成为应力集中的区域[3],造成工件的破坏,这明显增加了航空母舰上的飞机及沿海部署的飞机的维护成本。点蚀具有口小孔深的特点,孔口又常常被腐蚀产物覆盖,使其隐蔽不易被发现,在实际应用中存在很大的安全隐患[4,5]。
动电位电化学阻抗谱(DEIS)可以通过宽频率范围的测量得到不同电位下双电层及钝化膜状态的相关信息,从而研究材料从钝化态到稳定点蚀的连续变化过程,可以比传统的动电位极化和电化学阻抗谱技术获得更多的动力学信息[6,7,8,9]。时间扫描模式下的电化学阻抗谱(TSEIS)可以连续监测某一电位下电极状态随时间的变化情况,得到点蚀发展过程中的动态信息,为研究点蚀的动力学规律提供了条件。
本工作以304不锈钢作为研究对象,使用动电位电化学阻抗谱(DEIS)和时间扫描模式下的电化学阻抗谱(TSEIS)共同研究了该材料在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液中的点蚀行为,得到了电极状态在点蚀发展过程中的变化规律,解释了点蚀在不同发展阶段腐蚀行为变化的原因。
1 实验材料与方法
研究电极为304不锈钢,化学成分由QSN750直读光谱测出,如表1所示。实验材料的热处理状态是1060℃保温0.5h,水冷,再加热到650℃保温2h,空冷,以利于点蚀的发生[10]。实验所用304不锈钢在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位为(-0.30±0.05)V。将304不锈钢线切割成10mm的圆片作为电极。电极用酚醛树脂镶嵌,焊接导线,非工作面用环氧树脂封装。实验前工作面依次用400,600,800,1200#Al2O3水砂纸打磨平整,依次用酒精、丙酮擦拭,经去离子水洗并吹干后,放入干燥皿中备用。
试样进行相应的电化学测试时先在-1.3V下进行阴极极化5min,以去除电极表面的氧化膜,再浸泡3h,使电极表面生成稳定的钝化膜[11]。电化学测试所用仪器为Autolab PGSTAT30电化学工作站,测试采用经典的三电极体系,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极。先对试样进行动电位扫描测试,扫描速率为1mV/s;根据动电位扫描得到的结果,确定动电位电化学阻抗谱测试的电位区间为-0.2~0.4V,电位步进长度为0.02V,施加的正弦波电位阶跃信号幅值为5mV,频率扫描范围为10kHz~1Hz,每组测试采集60个数据点。
时间扫描模式下的电化学阻抗谱测试在0.05V极化条件下进行,正弦波激励信号幅值为5mV,频率扫描范围为10kHz~50mHz,每组测试采集70个数据点,每组扫描时间为260s。介质溶液是质量分数为3.5%的NaCl溶液,采用二次蒸馏水与分析纯NaCl配制而成,未经除氧处理,实验在室温(约20℃)下进行。
2 实验结果与讨论
2.1 动电位极化
点蚀电位的判定根据国家标准(GB/T17899—1999)[12]进行,当电流突然增大时,将电流密度为100μA/cm2对应的最正的电位值定义为点蚀电位。图1为304不锈钢在3.5%NaCl溶液中进行动电位扫描时的极化曲线图,扫描速率为1mV·s-1。从图1可以清楚地得到电极材料在介质中的点蚀电位Eb100 vs SCE=0.15V,自腐蚀电位Ecorr vs SCE=-0.332V,其中-0.2~0.15V处于稳定钝化区,0.15~0.4V处于过钝化区,所以选取-0.2~0.4V作为动电位电化学阻抗谱测试的电位区间。
2.2 动电位电化学阻抗谱
图2为304不锈钢在3.5%NaCl溶液中动电位电化学阻抗谱测试结果,从图2中可以发现在-0.2~0V内,阻抗谱Nyquist图中曲线半径随电位的增高逐渐增大,但在0.02V之后阻抗谱半径开始减小,并且在0.1V之后剧烈减小,形状逐渐由弧线变为完整的半圆。
进行动电位电化学阻抗谱测试的同时,采集电化学体系的直流电信号,得到了电流-电位关系图,如图3所示。由图3可知,在0.02V之后,电流开始剧烈波动,表明电极状态开始发生变化;在0.1V之后电流随电位的升高而快速增加,表明稳态点蚀开始出现。结合图2中阻抗谱半径的变化规律可以认为在-0.2~0.02V之间,电极处于稳定的钝化状态;电位为0.02~0.1V时,是亚稳态蚀孔的生长和发展期;0.1V之后,点蚀生长速度随电位的升高而加快,电极处于过钝化状态。从图1中的动电位极化曲线无法获得亚稳态蚀孔生长发展的相关信息,但通过动电位电化学阻抗谱技术就可以研究亚稳态点蚀的形核、发展对电极状态的影响。
图4为-0.2V下获得的阻抗谱的Bode图,从图4中可以明显观察到两个峰,所以电极系统有2个时间常数,这表明电极系统中至少有两个对状态变量响应的弛豫过程[13,14],由此确定动电位电化学阻抗谱的等效电路如图5所示,其中,Rsol是溶液电阻,CPE1是与双电层电容相关的常相位角元件,CPE2是与界面电容相关的常相位角元件,Rt是电荷转移电阻,Rf是钝化膜电阻[6]。由于电极表面的微观不平整,以及不均匀腐蚀造成的微观形貌的改变,会使界面表面存在“弥散效应”,因此使用常相位角元件代替了纯电容,以获得更好的拟合结果[15]。根据图5的等效电路得到的拟合结果误差率均在10%以下。
(a)-0.2~-0.06V;(b)-0.04~0.10V;(c)0.12~0.26V;(d)0.28~0.40V(a)-0.2--0.06V;(b)-0.04-0.10V;(c)0.12-0.26V;(d)0.28-0.40V
图6是有弥散效应的双电层电容CPE1与电位之间的关系图,由图6可知在0.02V之前,CPE1的电容值随电压的升高大致呈线性减小,由电容的表达式C=ξ0·ξr/h可知,当介电常数一定时,电容的减小,意味着双电层的厚度增加了。图7为电荷转移电阻Rt与电位之间的关系图,在0.02V之前,Rt随电压的正移呈线性缓慢增大,这也印证了双电层厚度增加了,离子通过双电层到达钝化膜表面的路径增长了。当电位处于0.02~0.1V之间时,可以发现CPE1和Rt的值均产生了很大的波动,说明亚稳态蚀孔的生成和钝化对双电层的电化学特性产生了较大的影响。当电压升高到0.1V之后时,稳态蚀孔开始大量生成,稳定发展的蚀孔处于活化溶解中,此时的双电层由两部分并联组成,一部分是溶液与钝化膜之间的双电层,另一部分为溶液与蚀孔底部活化溶解区域之间的双电层,随着稳态蚀孔的活化生长和其数量的增加,活化溶解区域所占比重越来越大,这就解释了在0.1V之后CPE1随电压增加而线性增加和电荷转移电阻Rt随电压增加而快速减小的现象。同时,Burstein等[16]的相关研究表明在开放的稳态蚀孔的活化溶解区电位值比钝化区更正,因此此处会吸附更多的Cl-,造成Cl-的局部浓缩,使得电化学反应在此处的反应阻力明显降低,所以Rt在0.1V之后会剧烈减小并趋于稳定。
图8和图9分别是有弥散效应的钝化膜电容CPE2和钝化膜电阻Rf与电位之间的关系图,从图8,9可知电位在0.02V以下时,CPE2随电位正移而减小,并且近似于线性;钝化膜电阻随电压的升高而线性增大,这表明在亚稳态点蚀发生之前,钝化膜的厚度随电压升高而增加,并且其致密性并未发生明显的改变。在0.02~0.1V的区间内,电极处于亚稳态点蚀阶段,此时CPE2和Rf的值均产生了较为明显的波动,这表明在亚稳态点蚀阶段,钝化膜上存在着破裂和修复的交替过程,这也说明了亚稳态蚀孔的产生与再钝化是随机的,在某一电位下会处于动态平衡当中,随着电位的升高,新点蚀的产生和长大逐渐成为主要过程。在0.1V之后,电极进入稳态点蚀阶段,CPE2开始随电位升高而增大,而钝化膜电阻则随着电位升高而剧烈减小,并且在0.18V之后维持在很小的数值。这是由于钝化膜一旦穿孔且得不到修复,就使得Cl-可以顺利迁移到金属基体,并由于电极电位较正而大量吸附于稳态蚀孔的活性溶解部位,促进了金属的活化溶解,同时阻止了点蚀部位的再钝化。随着时间的推移和电位的升高,钝化膜的厚度在减薄的同时,其完整性也遭到愈发严重的破坏,点蚀活性区域所占比重不断上升,因此产生了CPE2的增大和Rf的剧烈减小。
2.3 时间扫描电化学阻抗谱
通过动电位电化学阻抗谱的测试,发现在0.02~0.1V的区间内,电极处于亚稳态点蚀阶段,因此在进行时间扫描模式下的电化学阻抗谱测试时,选取0.05V作为测试中的极化电压。图10所示为相应的Nyquist图,图11为在自腐蚀电位下获得的电化学阻抗谱图。通过对比图10和图11可以发现在前520s中,随着极化的进行,Nyquist图中阻抗谱的半径明显减小,但仍表现为明显的容抗弧,此时使用KH-7700型三维数字显微镜观察电极表面,发现并没有明显的蚀点生成,这表明此时钝化膜在均匀减薄。使用图5中的等效电路进行分析,得到了很好的拟合结果,列于表2中。
当极化时间超过780s时,阻抗谱的高频部分仍表现为容抗特征,但低频部分出现了明显的感抗弧,而且随着极化时间的延长,容抗弧的半径明显减小,低频部分的感抗弧则一直存在。曹楚南等[17,18]相关研究指出,当电极表面有点蚀核形成,进入点蚀诱导期时,电化学阻抗谱的Nyquist图中的低频部分会出现感抗成分。感抗响应主要来自于孔蚀诱导期膜厚的变化或吸附膜覆盖率的变化[19]。极化进行到780s之后时,图5的等效电路不再适用,此时使用图12所示的等效电路可得到良好的拟合结果,各元件的参数见表3,其中Rs为溶液电阻,CPE为与界面电容相关的常相位角元素,Rt1为电荷转移电阻,Ro为点蚀发生处与膜的生长溶解相关的电阻,L为蚀形核处与膜厚变化相关的等效电感。
动电位电化学阻抗谱测试中,也有点蚀的形核,亚稳态蚀孔的生成和钝化,并未出现如时间扫描阻抗谱测试中的电感弧,这是因为在时间扫描模式下,测试的截止频率为50mHz,远远低于动电位模式下的1Hz的截止频率,而图10中的感抗成分主要来自于1Hz以下的低频响应,所以动电位模式下并未观察到明显的感抗成分。
比较表3中的数据可以发现,电荷转移电阻Rt1随着点蚀的发展而迅速减小,主要是由于钝化膜破裂后,蚀孔处形成了若干Cl-向金属基体迁移的通道,稳定发展的点蚀区域所占比重不断增加。Ro的迅速减小是由于Cl-的聚集,导致蚀孔处的再钝化遭到抑制,亚稳态点蚀向稳定点蚀的转化变得更加容易。虽然点蚀成核变得容易了,但由于稳态蚀孔随极化时间的延长而增加,降低了点蚀成核时产生的响应信号所占的比重,因此电感弧的半径减小。从图10发现,在前520s中并没有电感的产生,这说明只有钝化膜减薄到一定程度时点蚀形核才能发生;在520s以后的极化中,点蚀的形核从未间断,亚稳态蚀孔的出现与再钝化也从未停止,只是由于钝化膜完整度的下降及膜厚的降低,使得亚稳态蚀孔向稳态蚀孔的转化成为了主要过程,所以一直可以观察到电感成分的存在。
3 结论
(1)通过动电位电化学阻抗谱测试发现,亚稳态蚀点对钝化膜的本身结构及双电层中的电化学反应特性具有很大的影响,使其处于剧烈的变化当中,稳定点蚀对上述结构的影响不如亚稳蚀点明显。
(2)亚稳态点蚀阶段,模拟电路中电化学元件参数的剧烈波动,表明了亚稳态蚀点的产生与再钝化是随机的。
电化学行为 篇9
关键词：巯基三氮唑,缓蚀剂,缓释机理,电化学方法
有机缓蚀剂在过去几十年里迅速发展起来,其分子通常由电负性较大的N、O、S、P等原子为中心极性基和C、H原子组成的非极性基构成。极性基团吸附于金属表面改变了金属表面的双电层结构,提高了金属离子化的活化能,而非极性基团远离金属表面形成疏水保护膜,两者共同作用,使金属腐蚀反应收到抑制。特别是在酸性腐蚀介质中,有机缓蚀剂具有很好的缓释作用[1,2,3]。随着环境和安全意识的加强,在缓蚀剂的研究开发中必须考虑环境负荷,这就要求深入研究缓蚀剂的缓蚀作用机理和分子构效关系的基础上,设计合成适应环境要求的新型高效缓蚀剂,发展缓蚀复配增效技术[4,5,6]。
近些年来,多元三氮唑类化合物由于具有特殊的分子结构和优异的缓蚀性能而日益引起人们的关注。其独特的结构导致了吸附可能有两种模式:氮原子的孤对电子与基底的金属原子作用,杂环的电子与基底的金属原子作用。研究表明三唑及其衍生物由于分子中含有多个杂原子,产生多个吸附中心,能紧密地吸附在金属表面,从而达到缓蚀的目的,在酸性溶液中的缓蚀效率可达 99%以上[7,8,9,10,11]。Quraishi[12]和Bentiss[13]有目的地设计合成了三氮唑类化合物,并对其缓蚀性能进行较系统研究,发现三氮唑类化合物具有适应酸性腐蚀介质浓度范围大、使用温度范围宽和环境友好的特点。因此,合成多单元三唑化合物是发展具备环境优势高效缓蚀剂非常有希望的途径之一[14]。本工作研究巯基三氮唑化合物在铁表面的电化学腐蚀行为,并对其缓释作用机理进行了探讨,以期对三氮唑类化合物的开发应用提供理论和实验依据。
1 实 验
1.1 3-烷基-4-胺基-5-巯基-1,2,4-三氮唑(AAMT)的合成
参照相关文献[15,16],AAMT的合成分两步进行,先是合成对称二氨基硫脲,然后再和长链酸脱水成环,其合成路线如图1所示。
在装有搅拌器、冷凝管、温度计的250 mL 四口烧瓶中加入一定量的CS2,搅拌下滴入一定量的水合肼与水的混合液中,在90～95 ℃温度范围内回流一定时间,然后冰水浴冷却一段时间,抽滤,合成产物先后用乙醇和乙醚洗涤,用沸水重结晶,得对称二氨基硫脲。将一定量的对称二氨基硫脲与一定量的长链酸溶于吡啶溶剂中,氮气保护,采用程序升温法使其在140～220 ℃回流,反应4～5 h,冷却至室温,再用95%乙醇重结晶得产品AAMT,产物成棕色。
1.2 研究电极的制备
将铁电极用环氧树脂封包,只露出顶端与溶液接触。每次实验前用2000#的砂纸抛光至镜面,用水,乙醇冲洗,氮气吹干后备用。将处理好的铁电极浸于不同浓度的巯基三氮唑的0.1 mol/L H2SO4电解池中进行电化学实验。
1.3 电化学测试
采用三电极研究体系,工作电极为铁电极,参比电极为饱和甘汞电极,铂电极为辅助电极,所有的电化学测试和数据分析由德国ZAHZER公司IM6电化学工作站完成,图2给出了电化学测试装置图。
交流阻抗谱(EIS)实验前,通氮气于硫酸溶液除氧,每次实验前,将电极在0.1 mol/L H2SO4溶液中稳定20 min。在开路电位下进行阻抗谱测量,电化学阻抗谱测试在0.1 mol/L H2SO4中,选择振幅为5 mV 的正弦微扰信号,在0.02 Hz～60 kHz 的频率范围内自高频向低频扫描,所有阻抗测试均在腐蚀电位下进行。极化曲线测试在一定的电位范围内,以3 mV/s 的速率从负电位向正电位扫描。通过动电位极化曲线(Tafel曲线)和电化学阻抗谱(EIS)方法对AAMT的缓蚀效率进行测试,并通过仪器自带的拟合软件对数据进行处理,得出相关电化学参数,根据得出的腐蚀电流密度(Jcorr)和电荷传递电阻(Rct), 计算缓蚀效率。
2 实验结果与讨论
2.1 电化学阻抗谱(EIS)
电化学阻抗谱是一种准稳态方法,实验重复性比较高,是目前应用最广的频域测量技术。使用电化学阻抗谱可以得到比其它传统电化学方法更多的电极过程动力学信息,被普遍认为是研究膜电极的表面动力学的有利的工具。图3是铁在0.1 mol/L H2SO4中的交流阻抗谱图。
从图3中可以看出,空白铁电极阻抗谱高频端为完美的半圆,而不同浓度的AAMT在0.1 mol/L H2SO4介质中的阻抗谱并不是完美的半圆,在低频端有变形,具有双容抗弧的特征,可能是由于弥散效应导致。研究表明,缓蚀剂吸附体系的阻抗谱具有双容抗弧的特征,根据对有机涂层的等效模型,建立与阻抗谱图对应的等效电路,如图4所示。其中Rs是工作电极和参比电极之间的溶液电阻;Rt是金属基体/溶液两相界面上腐蚀反应的电荷传递电阻; Rct是电子或离子穿过自组装单层膜的传输电阻,它反映的是自组装膜对金属的保护程度;Cdl和CPE分别是用来代替双电层电容和自组装膜电容的常相位角元件。选择IM6自带的拟合软件SIM系列中的“CNRLS Fitting”软件,对等效电路进行拟合处理,求得相关电化学参数见表1。
Rct可以用来评价缓蚀剂膜的质量,膜越完善,Rct的值越大。从表1可以看出,在0.1 M硫酸介质中,随着AAMT浓度的增加,Rct逐渐增大,说明AAMT对铁的缓释率越高。Rct与缓蚀剂的缓蚀能力相关,可以用下面的公式来计算AAMT对铁在0.1 mol/L H2SO4介质中的缓蚀率[17]:
其中,R
根据式(1)计算得到AAMT浓度与缓释率的关系,如图5所示。
从图5可以看出,在0.1 mol/L H2SO4介质中,AAMT对铁具有良好的缓释性能,并且随着AAMT浓度的增加,缓释率逐渐增大,在AAMT浓度为0.3g/L时,缓释率达到90.6%,其后逐渐趋于稳定。
2.2 Tafel极化曲线
图6给出了不同浓度AAMT的Tafel极化曲线。从图中可以看出,阴、阳极极化曲线均向低电流方向移动,使得腐蚀电流密度逐渐降低,这表明所合成的AAMT对铁的金属的阳极溶解和阴极析氢反应都具有阻碍作用。
对得到的极化曲线在IM6电化学工作站上,选择“Steady state i-E analysis”中的“Tafel’s Slope”软件进行解析,得出腐蚀电位(Ecorr),腐蚀电流密度(icorr),阴、阳极反应的常用对数Tafel斜率(bc、ba)等相关电化学参数。通过极化曲线可计算出缓蚀剂的缓蚀效率,公式如下[18]。
式中:η是缓蚀率,J
根据式(2)计算得到AAMT浓度与缓释率的关系,如图7所示。
从图7中可以看出,在0.1 M硫酸介质中,AAMT对铁具有良好的缓释性能,随着AAMT浓度的增加,缓释率逐渐增大,其得到实验结果与EIS得到结果具有相同的趋势和规律。
2.3 缓释作用机理
为考察AAMT在Fe/硫酸体系中的缓释作用机理,按照下列公式定义缓蚀剂的阳极作用系数和阴极作用系数[19]:
式中:fa(θ)、fc(θ)分别称为在电极电位下的阳极、阴极作用系数,J’corr、Jcorr分别为加AAMT缓蚀剂、空白铁电极的腐蚀电流密度,E’corr、Ecorr分别为加AAMT缓蚀剂、空白铁电极的腐蚀电位,ba、bc分别为空白铁电极腐蚀过程中测得的阳、阴极Tafel斜率。
如果缓释作用系数等于1,缓蚀剂对该电极反应的速率没有影响。如果作用系数大于1,缓蚀剂加速该电极反应。只有在作用系数小于1的情况下,缓蚀剂才阻碍电极反应的进行,而且作用系数的数值越小,缓蚀剂对该电极反应的阻碍越大。
对于几何覆盖效应的缓蚀剂,阴、阳极作用系数相等,加入缓蚀剂前后腐蚀电位在实验误差内应保持不变,而对于负催化效应的缓蚀剂,由于阴、阳极反应机理不同,缓蚀剂对阴、阳极反应的活化能的影响程度也不同,作用系数有较大差异,腐蚀电位一般有较大移动。
根据EIS和Tafel极化曲线得到的腐蚀电化学参数,运用式(3)、(4)计算了不同浓度AAMT在0.1 mol/L H2SO4介质中,在腐蚀电位下缓蚀剂对金属阳极溶解和阴极析氢反应的作用系数,计算结果如图8所示。
从图8中可以看出,AAMT在Fe/硫酸体系中的对铁的阴、阳极作用系数都小于1,表明AAMT对金属的阴、阳极反应都有明显的抑制作用,并且阴、阳极作用系数数值比较接近。如果考虑到电极表面的不均匀性以及无法避免的认为误差等因素的影响,可以将阴、阳极作用系数看做相等。极化曲线测试已表明,在腐蚀介质中加入AAMT后Ecorr值变化较小,所以说AAMT属于对阴、阳极作用都有抑制的混合型缓蚀剂,主要是通过几何覆盖效应起缓释作用。
3 结 论
(1)采用电化学阻抗谱和极化曲线方法,研究了巯基三氮唑化合物在酸性介质中对铁的腐蚀行为,研究结果表明:在Fe/硫酸体系中,AAMT具有优良的缓释性能,随着AAMT浓度的增加,缓释率逐渐增加,并且各种条件下的阻抗谱图所呈现耐蚀效果,与利用极化曲线方法测得的结果具有相同的趋势与规律。
电化学行为 篇10
管线运输是长距离输送石油、天然气最经济、合理的运输方式。随着全球能源结构的优化调整, 石油天然气的需求增加, 促进了管线工程的迅速发展, 长输管线向高强度、大口径发展[1]。管线钢土壤环境中的应力腐蚀开裂 (SCC) 一直备受关注, 国内外专家学者在实验室中对管线钢的SCC问题进行了一系列研究。一般认为在土壤介质中所发生的应力腐蚀分为两种, 一种为高pH介质中的应力腐蚀开裂;另一种为近中性土壤介质的应力腐蚀现象, 1985年最早发现于加拿大, 最近20年在管道脱落涂层下发现几例穿晶应力腐蚀开裂事故 (TGSCC) [2,3,4,5]。管线钢的应力腐蚀开裂发生在一定的电位范围内, 与管线钢在特定介质中的电化学行为密不可分。本文对X80钢焊接接头的基体、焊缝、热影响区在近中性模拟土壤介质NS4溶液中的阳极极化曲线进行了测定, 为认识应力腐蚀断裂机理提供了电化学依据。
1 实验材料及方法
实验用材取自宝钢生产的1 016×18.4的X80管线钢。实验样品为直径25mm、厚度2.5mm的圆片, 用环氧树脂镶嵌做成电极, 试样暴露面积为1mm2。依次用200#、400#、600#、800#、1 000#砂纸研磨后, 用4%的硝酸酒精溶液腐蚀, 分别观察母材、热影响区和焊缝的金相组织, 然后清洗备用。参比电极采用饱和甘汞电极, 辅助电极用Pt片。
先把电极浸入溶液中, 待自腐蚀电位基本稳定后, 测量自腐蚀电位 (Ecorr) 。而后在E=-1.5V下阴极除膜5min, 然后分别以0.3mV/s、0.5mV/s、0.166mV/s的扫描速度由阴极向阳极进行动电位扫描。
采用NS4溶液在实验室内模拟近中性pH土壤介质, 用醋酸调节溶液的pH值, 分别测试pH=7.1、6.9、6.5的极化曲线, 实验前通N2预除氧0.5h以上。
2 结果与讨论
(1) X80钢及焊缝在不同扫描速度下的极化曲线和电化学参数如图1、表1所示。
(2) 母材和焊缝在不同pH值下的极化曲线和电化学参数如图2、表2所示。
从图2、表2中可以看出, 随着pH值降低, 母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相应地均有所升高, 这说明pH值降低会增大腐蚀速率;从表2中可以看出, 相同pH值下, 母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相差不大, 由此可以推断在NS4溶液中, X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分接近。
3 结果分析
3.1 金相组织对电化学行为的影响
X80钢的组织形态影响着其电化学行为。金相显微镜上观察了X80管线钢焊接接头焊缝、热影响区和母材三个不同区域的显微组织, 如图3所示, 腐蚀试剂为4%硝酸酒精溶液。由图3 (a) 可以看出, 母材的组织为针状铁素体+下贝氏体, 晶粒细小、均匀, 组织处于平衡状态。图3 (b) 为焊缝组织, 金属处于局部熔化状态, 晶粒较母材粗大。从表1和表2中可以得到母材与焊缝的腐蚀电流相差较小, 说明X80钢在采用合适的焊接工艺与焊接规范的情况下, 焊缝与母材同样具有较强的耐蚀性能。
3.2 扫描速度对X80钢焊接接头电化学行为的影响
图1是在0.166mV/s、0.3mV/s和0.5mV/s的扫描速度下对母材和焊缝进行扫描的结果, 从图1和表1中均可看出随着扫描速度升高, 曲线变化不大, 0.166mV/s是比较符合实际的。从表1中可看出, 母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相差不大;在图1中, 两条曲线十分接近。由此可以推断在NS4溶液中, X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分相似。
3.3 pH值对X80钢焊接接头电化学行为的影响
从图2和表2中可以看出, 随着pH值降低, 母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相应有所升高, 这说明pH值降低会增大腐蚀速率。从表2中可以看出, 相同pH值下, 母材与焊缝的自腐蚀电位和腐蚀电流密度相差不大, 由此可以推断在NS4溶液中, X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分接近。
4 结论
(1) 在NS4溶液中, X80钢的母材与焊缝区耐腐蚀性十分接近。用醋酸调节溶液pH值可得, 随着pH值升高, X80钢的母材与焊缝区腐蚀速率相应下降。
(2) 由于自腐蚀电位越低, 说明活性越大, 所以比较X80管线钢在近中性溶液和高pH值溶液中的自腐蚀电位即可得出:X80管线钢在近中性溶液中的活性大, 更易产生活性溶解。
摘要：采用动电位扫描技术研究了X80管线钢及其焊缝在近中性模拟土壤介质中的电化学行为, 测试了X80管线钢及其焊缝在NS4溶液中的极化曲线, 分析了不同的扫描速度、pH值、测试区域显微组织对极化行为的影响规律, 结果表明, X80管线钢在NS4溶液中为典型的活性溶解, 并且当采用实验焊接规范时, 焊缝与母材的腐蚀电流密度相差较小, 耐蚀性相当。
关键词：X80钢,焊缝,极化曲线,显微组织
参考文献
[1]庄传晶, 冯耀荣, 霍春勇, 等.国内X80级管线钢的发展及今后的研究方向[J].焊管, 2005, 28 (2) :10-14.
[2]郭浩, 蔡珣, 杨武.影响管线钢应力腐蚀破裂的力学和材料因素[J].机械工程材料, 2002, 26 (4) :1-5, 11.
[3]Jia Y Z, Wang J Q, Han E H, et al.Stress Corrosion Cracking of X80Pipeline Steel in Near-Neutral pH Environment under Constant Load Tests with and without Preload[J].Journal of Materials Science&Technology, 2011, 27 (11) :1039-1046.
[4]李明星, 王荣, 白真权.X70管线钢在模拟近中性土壤介质中的电化学特性[J].腐蚀科学与防护技术, 2004, 16 (1) :17-20.
电化学行为 篇11
摘要：本文提出化学教师要从激发学生的学习兴趣、巧妙设计教学过程、注重方法指导等三方面着手，实现新课标下教师角色意识和课堂行为的定位。
关键词：新课标；教师角色；意识定位；学法指导；学习品质
文章编号：1005－6629(2009)05－0031－04中图分类号：G633.8文献标识码：B
学习是学生的活动，学生是主体，但是，学生能否学得生动活泼，能否得到发展，教师的主导作用是不能忽视的。主导作用表现在要激发学生强烈的学习兴趣，使学生爱学；培养学生良好的学习习惯，使学生能学；教会学生掌握科学的方法，使学生会学。教师要把这主导作用的三个重要组成部分贯穿于教学的全过程，包括教学前的准备（备课等），教学中的讲、做、练，教学后的考核、评估、反馈。学习兴趣、学习习惯和学习方法之间是有机联系的，但是具有不同层次的要求。兴趣是学习入门的向导，习惯是学习意志的表现，方法则是学习能力的综合。本文结合教学实践谈一些粗浅体会。
1 激发化学学习兴趣，使学生乐学
利用化学知识素材，千方百计地激发学生强烈的学习兴趣和求知欲是化学教师的重要责任，也是化学教师必须具备的基本素质。不能想象学生会在不感兴趣和不乐意学习的情况下学好功课，所以，“为了让学生学好，必须使他们乐学”。要激发学生学习兴趣，鼓舞学习热情，启发学习愿望，让学生爱学习化学课程。
1.1良好开端是成功的保证
学生对起始年级的化学学科或是教学内容的最初阶段总是具有强烈的好奇心、新鲜感，这是教学的极有利条件。要引导学生了解化学是一门非常重要又非常有趣味的学科，让学生一开始就产生学习兴趣，具有学习的愿望。因此，要十分重视联系学生日常生活中所接触的事物，如笔者经常结合教材内容有意地介绍一些全国和徐州的化工生产概况、化工产品的应用、三大合成材料发展的前景、化学在高科技上的应用等科技新成就的信息。例如，最近研制成功的C60在医学上的应用；偏二甲肼作为运载火箭的燃料在研制发射人造卫星时的应用。再如，日常生活中吊白块(次硫酸氢钠甲醛:NaHSO2·CH2O·2H2O)、苏丹红等食品添加剂的危害。这样，利用知识应用实例，既激发了学生学习的兴趣，又开阔了学生的眼界，使学生寻找到化学知识的生长点，增强了求知欲。
1.2 巧妙设计教学过程，激活化学知识
教师对教材要悉心钻研，正确理解，认真分析，科学处理，在此基础上精心设计每章每节的不同教法，以突出重点、分散难点。要充分发掘教材内在的兴趣因素，采取启发、引导、讨论的方法进行教学。例如节日夜晚的焰火为什么五彩斑斓绚丽多色？为什么石油被称为黑色金子？为什么用聚乙烯做的渔网可能捕得更多的鱼？等等。对于教材中一些概念或规律，例如摩尔、电子云的形状、分子结构、同分异构体等，看来既抽象又乏味，要通过生动的语言、形象化的比喻并辅以磁性黑板、图表、模型、电视录像以及多媒体等现代化教学手段，让知识讲活，使枯燥乏味的知识变得生动有趣。对于教材中的重点和难点要进行化解，以便易于理解和掌握。例如氧化还原反应、离子方程式、化学计算等，常因题目变化多端而造成学生在学习上的困难。究其实质，所谓变化多端实质上只是题型与题意的变化，而所涉及的基本概念和基础知识是不变的。为了分解难点，减少学生心理上的压力，可采用精讲多练的方法，精讲即讲清概念，分析清题意；多练即加强课内外练习，把这些练习贯穿于整个化学教学的全过程，使之由浅入深、不断深化而达到牢固掌握的程度。
1.3 创设实验，展示化学的魅力
化学是一门以实验为基础的自然科学，在化学教学中充分发挥实验的作用，是培养学生兴趣、获得知识、发展能力的十分重要的手段。因此，要精心组织和设计每一个演示实验和学生实验。在演示实验过程中创设一些奇特现象，引导观察，使学生产生好奇心，进而围绕现象组织大家讨论（教师要不时提出问题诱导学生思维）。例如在学习焰色反应时，教师在燃着的酒精火焰里依次撒入锂盐、钠盐、钙盐、钡盐、铷盐、铜盐、钾盐和锶盐，然后引导学生观察火焰颜色的变化，如依次出现的紫红色、黄色、砖红色、黄绿色、紫色、绿色、浅紫色和洋红色。学生观察时目不转睛连声叫好，效果极佳。学生在十分轻松愉快的气氛中很自然地掌握了某些阳离子的检验方法。教师除了讲清实验目的、操作要求外，还要特别注意在操作过程中提出更多的“为什么”？随着实验现象的变化激发学生探究知识的兴趣。
1.4 确立新的评价主体，活跃评价形式
教学评估是教学的重要环节，也是学生既害怕又企求的教学活动。因此，如何组织考试，对培养学生的学习兴趣，调动学生学习积极性，正确评估学生学习成果是至关重要的，它起着极为重要的导向作用。考试方法形式多样、生动活泼，学生也就能学得既有兴趣又很主动。化学考试的笔试题应重视考核学生的理解能力，题目既要紧扣大纲、教材，突出双基，又要注重综合性和灵活性；既有新意又不出偏题、不搞文字游戏或数学游戏。题目要密切联系生产，生活实际，重视基础理论知识和它的作用，也要注意引进新的科技知识。通过考试要使学生感受到成功的喜悦。除笔试外每学期要举行一次实验考试，实验考试应组织得生动活泼，通过实验考试培养学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，达到复习知识、巩固知识、考查成果的目的。实验考试一般按准备、复习、考查、讲评四个阶段进行。即先由教师事先公布考题，学生全面准备。复习课上挑选个别学生抽题后上讲台进行操作表演，全班学生按该题评分要求进行讨论并指出错误，给予初评。教师再针对学生的操作及讨论情况进行讲评，并给予准确评分。考查时采取每位学生抽一题先操作后口试的办法，教师详细记载实验情况，作为评分依据。最后针对考查情况由教师逐题进行讲评。通过实验考试培养学生强烈的愿望，让学生体验到成功的喜悦。
2 培养学生良好学习习惯，完善学生学习品质
老教育家叶圣陶先生说过，教育就是培养习惯，可见“习惯”对培养人的重要作用。在学校时能使学生养成良好的学习习惯对他们以后的成长是极有好处的。
2.1培养学生严谨的科学学习习惯，强化化学思想
科学是严谨的，不论现在的学习活动，或是今后参与社会的生产和服务活动，都必须具有强烈的事业心和社会责任感。因此，在学校读书时就应该培养学生严谨的、科学的、一丝不苟的学习习惯。这种学习习惯的培养必须贯穿于教学的全过程，包括课前、课内、练习、作业、实验、考试各个方面。课前有提纲预习的习惯；课内有抓关键的“字”与“词”理解概念和定义的习惯；分析问题具有逻辑性的习惯；回答问题语言简练具有针对性和准确性的习惯；及时发现问题举手发言或发表不同意见的习惯；课外作业要有字迹端正、解题规范的习惯；对错误的不符合要求的作业严格订正或重做的习惯；实验课内有严格按照实验操作规范进行实验、真实记录实验现象的习惯；研究实验失败或仪器整理桌面的习惯；仪器损坏，主动赔偿爱护公共财物的习惯等等。这些习惯的培养要建立在教师对学生严格要求的基础上，更多的是教师本身身教的影响。因此，要求教师在课前要提出明确的预习要求；讲课要富有逻辑性，语速时快时慢，语调抑扬顿挫，顿号、逗号、句号分明；演示实验步骤简明，干净利落，操作规范，现象明显，结果准确，桌面保持整洁。批改作业、试卷细致认真，不放过每一个错误，乃至一个小数点，一个错别字或标点符号。每次作业和试卷的批改情况要做好详细记录，认真讲评。教师的这种严以律己的精神必将在学生的思想上起到潜移默化的作用，学习行为上逐步养成一丝不苟的良好习惯。
2.2 培养学生自觉自愿学习的习惯，强化化学意识
学习是十分艰苦的脑力劳动，在学习过程中会遇到不少干扰和种种意想不到的困难，这就要求教师要着力培养学生专心致志和克服困难的习惯。学生应当学会在某一特定的时刻摆脱周围的一切干扰，以便集中精力克服困难去达到教师或自己提出的学习目标。应当使学生懂得学习就要努力开动脑筋，深入钻研，无论如何不能使学生感到一切都轻而易举，不知道什么叫困难。所以，在教学中要注意向不同对象提出不同的学习要求，对不同程度的学生设置不同层次的问题，但都要通过独立思考才能解决，以帮助他们树立学习的信心，并培养他们专心致志的求知精神。课外作业有一定的难度，强调学生独立完成，但允许自己找参考书，错了订正，直到做对为止。培养他们在无人监督的情况下能通过自己的努力，孜孜以求，克服困难，完成学习任务。
2.3培养学生进行有效学习的习惯，强化学习效果
从学生时期起就要培养学生重质量讲效率的习惯，这不仅是学习的需要，也是对人才素质的要求，要通过我们教师日常的教学活动严格培养这方面的习惯。学习上的高质量、高效率体现在学生思维的敏捷性上，扎实的基础知识是达到思维敏捷的保证。所以教师一定要把基本原理、定义、知识的基本规律等基础知识讲清讲透，使学生全面的系统的掌握，不仅知其然还知其所以然。课堂提问回答问题要讲究效率、讲究准确性。特别要通过精心选择作业去训练学生的这种习惯。正确高速的解题是高质量、高效率学习的一种重要标志。要达到这一要求，必须把培养学生的审题习惯和审题能力放在重要的位置，且贯穿于整个教学过程中。经常选择一些典型例题作示范分析，理解题意，剔除解题中的误区，找出解题的关键，理出解题思路，然后得出解题的正确方法。对于一些难度较大的综合题,要引导学生仔细阅读题目，分析题目中所涉及的知识的内在联系，有时可应用图表分析，彻底弄清题目中的已知和未知条件及它们之间的关系，启发学生从不同方位、不同角度进行思考，以寻找不同的解题方法，并选择最佳的解题方法。还可以选择一些一题多问、一题多变、一题多解、多题一解的例子，引导学生多角度思考问题，培养学生思维的敏捷性，正确地高效率地完成学习任务。
3 注重学法指导，使学生学会学习
教师的任务不仅是传授知识、使学生掌握知识，更重要的是要教会学生如何运用已有知识去认识问题和解决问题，也就是由学会到会学。使每个学生都具有科学的学习方法和学习能力，这是更高层次的要求，学生将一辈子受益不浅。
3.1 引导学生看书，培养自学能力
正确指导学生阅读课本和课外的参考书，教会学生看书的方法，是培养学生自学能力的重要途径，也是学生会学的重要标志。如何指导学生看书，特别是教科书？首先应该重视布置学生预习课本内容，教师根据大纲和教材的要求，从学生的认识水平出发编制自学提纲，让学生通过自学划出重点，发现难点，提出疑点，思考解决问题的途径，然后带着问题和疑点听课。其次，在课内，有针对性地指导学生阅读课本，对于一些化学概念和定义，特别是容易混淆的概念，指导学生学会紧扣有关概念的字、词、句进行分析比较，找出概念间的联系和差异，从而形成正确的概念。对于那些属于同类知识内容的教材，教会学生把前后知识串联起来一起阅读，以掌握知识的内在联系。对于口答及练习中普遍存在的说理不清的问题，有针对性地阅读教材中简明扼要的准确的表达方法。此外，当前更要重视指导学生正确阅读和运用参考书。现在各种参考资料泛滥成灾，学生手头有大量的参考资料，参考书不可不看，但要指导学生如何阅读和选择使用，要系统地培养学生学会在参考书中寻找问题的答案，以扩大知识面和提高综合运用知识的能力。
3.2 诱导学生思考，培养思维能力
发现问题，提出质疑，层层思考是学生深入理解教材、牢固掌握知识的表现，是积极思维，具有创造力的表现，应该在教学过程中培养这种能力。现在学生中知识与能力脱节的一个重要原因就是思维能力不强。因此，要有意识地培养学生的思维能力，教师在教学中应该指导学生学会自学与思考同时进行，练习与思考同时进行，实验与思考同时进行，记忆与思考同时进行，回答提问与思考同时进行，养成思考的习惯，锻炼思维的能力。练习是学生展开积极思考的好时机，因此一定要让学生独立完成作业，在独立解题中积极思考问题，进行运用知识能力的训练。要教会学生处理记忆与思考的关系，要指导学生哪些应该记住，哪些应该理解，应该怎样记忆 ，应该怎样理解，启发学生思考问题的思路。应该指出，基本概念一定要理解记忆，否则思维会混乱，思考问题没有基点，必要的记忆是需要的，但是绝对不能用记忆代替思考。教师在讲解时不能把有些内容一讲到底，而应该运用教材内容去引导学生进行积极思考。
3.3 注重认识的升华，培养理解能力
要学生把知识学活，就要使学生善于综合分析，善于运用已有知识，使知识处于运动之中，使知识变为思维的工具，达到理解知识充实自己的目的。所以教师在教学过程中，应该重视训练学生对已有知识的综合分析能力，借以培养学生的理解力。在化学教学中，不少知识都有一个由感性到理性的过程，要指导学生对实际事物和多次实验的观察研究，通过认真的综合分析，掌握因果关系和规律性，得出概括性的概念、结论和判断。在一般情况下，不能把现成的结论立即告诉学生。教师要注意学生理解知识的过程，要运用对比、联想等方法引导学生自己去分析，去理解，有时还可以采取共同讨论的方法引导学生学会综合分析，加强对知识的理解，起到举一反三的作用。如何指导学生学会综合分析？在课堂教学中应根据不同的教学阶段进行设计。在新课教学中指导学生将教材中的个别对象和个别现象的各个属性综合成一个统一的整体去认识。例如，通过个别物质如硝酸性质的分析综合得出既具有酸的通性又具有它所独特性的原因，并与盐酸、硫酸的性质进行对比，以加强对酸的认识。讲完一章复习时，指导学生抓住本章主线，纵横联系归纳概括，把知识串联起来。例如学习摩尔一章以后，引导学生以物质的量为主线，分析综合物质的量与物质的微粒数、摩尔质量、气体摩尔体积、气态方程式以及物质的质量和物质的量浓度之间的关系及有关计算，概括串联成图，反映出一章内容的清晰脉络。单元学习结束时，指导学生在进行知识的纵横联系时，更应突出知识的横向联系，运用对比、归纳、分析、综合等逻辑手段，揭示规律，使前后知识系统化。例如，学完有机化学烃及烃的衍生物以后，指导学生将前后知识分析归纳得出官能团之间的衍变规律，使学生所学知识得到巩固。
3.4 规范实验操作，培养学生的动手能力
要充分发挥化学教学实验性的优势，通过各种实验活动，让学生受到实际操作的锻炼，培养学生的动手能力。在课堂教学中教师规范化操作的演示实验十分重要。如要说明为什么如此操作，操作规范是什么，要注意什么问题等。教师的演示实验要为学生操作做出良好的榜样。还要充分运用学生实验课的机会，由学生在自学的基础上自己设计实验，自己动手实验。教师要仔细观察学生的每一实验是如何操作的，对个别学生操作上存在的问题进行个别指导，对学生中存在的普遍问题必须在实验结束时向全班学生指出，或让学生上台重现其错误操作，然后教师进行规范化的演示，以加深学生的印象。为了使学生有更多的实验操作机会，得到动手能力的训练，除了学生实验课外，还可开展形式多样的课外兴趣小组活动，尽量使学生有更多的实验时间。课外活动的形式可以多种多样，例如：组织班际化学实验操作表演赛，提出一些研究性的课题开展实验活动，指导学生进行探索性的实验等。
参考文献：
[1]王祖浩. “学科教学法”教材的改革思路与内容构想[J].教育研究，1991（7）：51.
[2]解守宗.实施素质教育需要课程观念的多元化[J].上海教育学院学报.1996(3).48.
[3]方华. 化学教学论：将学科优势融入教学实践[J].华东师范大学校报，2007(12):13.
电化学行为 篇12
1 实验部分
CHI820b电化学工作站,上海辰华仪器公司;三电极系统:修饰热解石墨电极(ф=4 mm)为工作电极,饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为对电极;多壁碳纳米管(MWCNT,直径:10～20 nm,长度:5～15 μm纯度>95%),深圳纳米港有限公司;其他试剂均为分析纯。所有的实验用水均为二次蒸馏水。
2 结果与讨论
2.1 复合电极NiO-MWCNT/PGE的电化学行为
图1中a、b、c分别为裸电极、MWCNT/PGE和NiO-MWCNT/PGE在5 mL pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液中加入200 μL浓度为1×10-2 mol/L的抗坏血酸时的循环伏安曲线。由图1可以看出:a没有观察到很明显的氧化还原峰;b出现一个比较明显的氧化峰;c出现更大更灵敏的氧化峰。比较a、b和c的循环伏安曲线,可以明显地看出抗坏血酸在NiO-MWCNT修饰电极上的氧化峰电流(Ip)明显增加,而峰电位(Ep)的负移,都说明了抗坏血酸在NiO-MWCNT/PGE上有很好的电催化效应。在阴极化的扫描过程中,未观察到还原峰,表明抗坏血酸在此修饰电极上的电极反应是一个完全不可逆过程。
2.2 实验条件的选择
2.2.1 纳米氧化镍修饰电极的厚度
曲线a～f分别表示图数为:10、20、30、40、50,C2+Ni=5×10-3mol/L(内插图响应电流与扫描圈数的线性关系图)
MWCNT/PGE上纳米氧化镍修饰电极的厚度受到循环伏安法扫描时的圈数影响,不同的厚度影响着修饰电极的催化性能。图2为在同一浓度的镍离子溶液中用循环伏安法扫描修饰不同圈数所得到的电极对抗坏血酸氧化峰电流的影响图。结果表明:在修饰40圈所得到的电极上,抗坏血酸的氧化峰电流最大。试验中采用修饰40圈的电极进行测定。
2.2.2 pH值的选择
根据抗坏血酸在酸性或中性溶液中稳定存在的性质,以及复合电极NiO-MWCNT/PGE在酸性溶液中会使氧化镍溶解的性质,实验选取了pH值为5～11的范围内的磷酸盐缓冲溶液底液进行测定。图3为在4×10-4 mol/L的抗坏血酸的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安图(扫速为50 mV/s),结果发现抗坏血酸的氧化峰电位随着溶液pH值的增大而负移,同时氧化峰电流在pH=6时最大,然后向两边依次减小。因此实验选择pH=6的缓冲溶液。
曲线a～g分别表示p H:5、6、7、8、9、10、11,CVc=4.0×10-4mol/L(内插图为响应电流与p H值的线性关系图)
2.2.3 扫速的影响
曲线1～10分别表示扫描速度为20、40、50、60、80、100、140、180、220、300 m V/s.CVc=4.0×10-4mol/L(内插图为响应电流与p H值的线性关系图)
图4是不同扫速下,NiO-MWCNT/PGE修饰电极在4.0×10-4 mol/L的抗坏血酸的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安图。
通过比较可以看出氧化峰电流和氧化峰电位均随扫速的增加而增加。而且阳极峰电流与扫速呈线性关系(见内插图),线性方程为:
I(uA)=-0.3865-4.630v(mV/s)
相关系数为R=-0.9927。
2.3 检测抗坏血酸
在最佳试验条件下,以NiO-MWCNT/PGE为工作电极,在pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液中,以浓度范围为1.0×10-5～5.0×10-4 mol/L抗坏血酸进行循环伏安扫描,如图5。随着抗坏血酸浓度的增大,氧化峰电流在逐渐增大。实验说明NiO-MWCNT/PGE修饰电极对抗坏血酸产生了很好的氧化效果。氧化峰电流与抗坏血酸的浓度呈线性关系(如图6),其线性方程为:
I(uA)=-0.4458-0.5922C(mmol/L)
相关系数为R=-0.9989。
曲线1～11分别表示Vc浓度为:1.0×10-5、5×10-5、1.0×10-4、1.5×10-4、2.0×10-4、2.5×10-4、3.0×10-4、3.5×10-4、4.0×10-4、4.5×10-4、5.0×10-4mol/L
2.4 检出限
在最佳试验条件下,对10份5 mL浓度为0.2 mol/L的磷酸盐缓冲溶液依次加入1～10 μL 0.01 mol/L的抗坏血酸进行循环伏安测定, 获得其标准偏差σ为9.523×10-8,获得曲线斜率S为0.5199,则根据检出限公式:D=3σ/S ,计算出本方法对抗坏血酸的检出限为5.5×10-7 mol/L。
2.5 修饰电极的重现性、稳定性和恢复
每次测定后,电极可在空白底液中经过20次连续循环伏安扫描以除去电极表面的吸附物,更新电极表面用于连续测定。在同一条件下,使用修饰电极对4.0×10-4 mol/L的抗坏血酸平行测定8次的相对标准偏差为2.7%,说明此修饰电极有好的重现性。此修饰电极保存在pH=6的磷酸盐缓冲液中,24 h、一周、三周后测量同浓度的抗坏血酸,峰电流为原来值的95.2%,93.5%,89.4%,说明此修饰电极稳定性良好。
2.6 干扰试验
在抗坏血酸浓度为4.0×10-4 mol/L溶液中,加入一些常见的物质进行干扰实验。结果表明浓度为50倍的甲醛、乙醇,20倍的葡萄糖、麦芽糖、果糖、蔗糖、酒石酸及柠檬酸对抗坏血酸的测定无干扰,10倍的半胱氨酸、天冬酰氨、白氨酸,Fe2+及5倍的Cu2+、Zn2+均不干扰测定。但3倍尿酸会对4.0×10-4 mol/L的抗坏血酸的测定产生干扰。
2.7 样品分析
分别取5 mL pH=6.0的磷酸盐缓冲溶液于5个洁净的小烧杯中,再分别依次向其中加入100 μL含0.01 mol/L的抗坏血酸样品和100 μL 0.01 mol/L的标准抗坏血酸溶液。结果表明,该方法测得抗坏血酸样品的回收率为97.99%～102.9%。
3 结 语
本文介绍了NiO-MWCNT/PE电极的制备方法,并研究了此电极的电化学性质。实验表明此电极对抗坏血酸具有明显的电催化氧化作用,其氧化峰电流随抗坏血酸浓度的增加而增加,抗坏血酸浓度在1.0×10-5～5.0×10-4 mol/L范围内呈良好的线性关系,检测下限为5.5×10-7 mol/L。该传感器重现性、稳定性、抗干扰性良好。
摘要：采用滴涂法将适量碳纳米管修饰到热解石墨电极上,后电沉积纳米氧化镍得到MWCNT/NiO/PG复合修饰电极。研究了它的电化学行为,并用于抗坏血酸的测定。试验表明,在pH=6的磷酸盐缓冲溶液中,抗坏血酸在修饰电极上产生一灵敏的氧化峰。当抗坏血酸的浓度在1.0×10-5～5.0×10-4 mol/L时,氧化峰电流与浓度呈线性关系,线性方程为:I(uA)=-0.4458-0.5922C(mmol/L),相关系数为R=-0.9989。检出限低至5.5×10-7 mol/L。该传感器重现性、稳定性、抗干扰性良好。
关键词：热解石墨电极,纳米氧化镍,碳纳米管,抗坏血酸
参考文献
[1]杜鹏飞,杨国慧.树莓果实维生素C含量测定方法的研究[J].东北农业大学学报,2009,40(2):31-33.
[2]肖桂初,赵国太.2-4-二硝基苯肼法测总维生素C时活性炭对测定结果的影响和改进[J].食品与发酵工业,1987(5):35-36.
[3]郑玉聪,谢狄霖,张维镇.茶叶中维生素C的荧光测定法[J].福建分析测试,2005,14(4):2307-2308.