Экспериментальная часть. Исследование кинетики анодного растворения кадмия

Ионизация атомов кадмия и разряд его гидратированных ионов или сульфатных комплексов протекают на кадмиевом электроде с большой скоростью. Поэтому скорость анодного растворения кадмия (или его амальгамы) в сульфатных и других сходных электролитах определяется скоростью процесса диффузии ионов кадмия от поверхности электрода в толщу раствора и зависит от гидродинамических условий и концентрации ионов кадмия в растворе. Связь между скоростью анодного растворения кадмия и потенциалом кадмиевого электрода в растворе, не содержащем ионов кадмия, описывается уравнением [13], а в растворе с добавкой ионов кадмия уравнением [12].

Содержание работы

Снятие и анализ стационарных анодных поляризационных кривых на кадмиевом электроде в растворе 0,5М Н₂SО₄ и в том же растворе с добавкой 0,005М СdSО₄ в не перемешиваемом электролите, т.е. в условиях естественной конвекции.

Методика измерений

Исследования проводят в трех электродной электрохимической ячейке. В качестве рабочего кадмиевого электрода используют цилиндрический стержень из металлического кадмия, герметично укрепленный в стеклянной трубке. Площадь поверхности кадмиевого электрода составляет ~ 1,2см² (диаметр стержня ~ 3мм, высота ~ 10мм). Кадмиевый электрод можно приготовить и электроосаждением металлического кадмия на впаянную в стекло платиновую проволоку из раствора сульфата кадмия (например, 1M CdSO₄ + 1M H₂SO₄).

Потенциал исследуемого кадмиевого электрода измеряют относительно потенциала ртутного сульфатно-закисного электрода в 0,5М H₂SO₄. Последний соединяют с исследуемым раствором с помощью электролитического ключа, тонкий носик которого должен быть подведен непосредственно к поверхности кадмиевого электрода для уменьшения омического скачка потенциала в растворе. В качестве катода используют второй кадмиевый электрод.

Растворы, необходимые для работы: 1) 0,5М H₂SO₄, 2) 0,5M CdSO₄.

Порядок работы

Измерения проводят на потенциостате-гальваностате IPC-ProM с программным управлением. Запускают управляющую программу на компьютере.

1. В ячейку заливают 100 мл 0,5М раствора H₂SO₄. Этим же раствором заполняют электролитический ключ и устанавливают в ячейку электроды и электролитический ключ. Подсоединяют электроды к потенциостату-гальваностату IPC-ProM и измеряют стационарный потенциал саморастворения кадмия (при отсутствии тока) - Е_сам.

В режиме «Программатор» устанавливают программу снятия стационарных поляризационных кривых в импульсном гальваностатическом режиме Cd(1).

Начальное значение тока – 4мА; интервалы импульсов изменения тока:

1-ый шаг -4 – 4,5мА; 2-ой шаг – 5,0 – 5,5мА; 3-й шаг – 6,0 – 6,5мА; 4-й шаг – 7,0 – 8,0мА. Время продолжительности импульсов на всех шагах – 20с; частота опроса – 2000мс; чувствительность по току - 1А; число циклов – 1.

Запись кривых проводят в координатах E – t..

В не перемешиваемом электролите проводят съемку первой стационарной анодной поляризационной кривой и сохраняют результаты измерений. Перемешивают раствор механической мешалкой и ждут установления стационарного потенциала саморастворения электрода. Аналогичным образом снимают еще две стационарные анодные поляризационные кривые. Полученные данные для трех кривых переносят для обработки в программу «Origin».

2. В ячейку добавляют 1мл 0,5М раствора CdSO₄, чтобы получить раствор 5.10^-3 M CdSO₄ + 0,5M H₂SO₄. Перемешивают раствор механической мешалкой и измеряют стационарный потенциал кадмиевого электрода при отсутствии тока (Е₀).

В режиме «Программатор» устанавливают программу снятия стационарных поляризационных кривых в импульсном режиме Cd(2).

Начальное значение тока – 5мА; интервалы импульсов изменения тока:

1-ый шаг -5 – 6мА; 2-ой шаг – 8 – 10мА; 3-й шаг – 15 – 20мА; 4-й шаг – 25 – 30мА. Время продолжительности импульсов на всех шагах – 20с; частота опроса – 1000мс; чувствительность по току - 1А; число циклов – 1.

Запись кривых проводят в координатах E - t.

Аналогично первой части работы в не перемешиваемом электролите проводят съемку трех стационарных поляризационных кривых, и полученные данные переносят в программу «Origin».