电化学测量技术讲稿.ppt

电化学测量技术,第二部分,二. 关于电,加拿大渥太华科技博物馆内，一个女孩在桌前一块绝缘板上站好，双手平放在金属圆球上。当启动静电加速器后，金属球产生强大的正电。由于女孩双手接触着金属球，从而身体包括头发都带上正电；带有同样正电的每根头发相互排斥，于是满头长发一起冲了起来，来了一个“怒发冲冠”！,1780年11月的一天，意大利生物学家伽伐尼教授正在厨房里做菜，今天他准备做的菜是烩蛙腿这是一道传统的波洛尼亚名菜。他用铜钩把新解剖的青蛙挂在花园里的铁栏杆上，发现每当铁栏杆与青蛙的肌肉接触一次，肌肉就会收缩一下。为了弄清其起因，伽伐尼又做了大量实验。如：他用铜钩勾住蛙腿，平放在玻璃板上，再用一根细长的弯铁杆，一端去接触铜钩，另一端去碰蛙腿。果然看到了蛙腿会颤动。但是换一根玻璃弯杆去试验，青蛙却一点也不会动。伽伐尼提出了动物体内存在着“动物电”的设想，金属弯杆只是起着一种传导作用。并于1792年发表了论肌肉中的电力一文，向科学界宣布他对“动物电”的论述：“在紧缩现象发生时，有一种很细的神经流体从神经流到了肌肉里去了，这就像莱顿瓶中的电流一样”,伽伐尼的研究成果立即受到了欧洲学术界的普遍赞扬，大家推崇说这是科技史上一件有意义的大发现。 伽伐尼成名之后，到各地去演说，宣扬他的“动物电”观点。,伏打在演示电堆实验(1801),三. 试电笔 和 万用表 的使用,用错误的握笔方法去测试带电体，会造成触电事故! 试电笔测试电压的范围通常在 60 500 伏 之间。,试电笔/验电笔,数字式万用表,指针式万用表,万用表,万用表的组成,万用表是由刻度盘/显示屏、量程选择开关、表笔等组成。,直流电压测量：选择开关指向直流电压范围，测量结果可从显示屏读数。,交流电流测量：把量程选择开关指向交流电流范围，测量结果可从显示屏读数。,交流电压测量：选择开关指向交流电压范围，测量结果可从显示屏读数。,电阻测量：选择开关指向阻值范围，测量结果可从显示屏读数。,万用表使用的注意事项 使用万用表之前，必须熟悉量程选择开关的作用。明确要测什么？怎样去测？然后将量程选择开关拨在需要测试档的位置。切不可弄错档位。例如：测量电压时误将选择开关拨在电流或电阻档时，容易把表头烧坏。,在使用万用表测量之前，应先用电阻档检查万用表是否工作正常(如检查表棒连接是否有断路现象)。,在使用万用表过程中，不能用手去接触表笔的金属部分 ，这样一方面可以保证测量准确，另一方面也可以保证人身安全。,在测量某一电量时，不能在测量的同时换档，尤其是在测量高电压或大电流时更应注意。否则，会使万用表毁坏。如需换挡，应先断开表笔，换挡后再去测量。,万用表在使用时，要注意避免外界磁场对万用表的影响。,万用表使用完毕，应将转换开关置于交流电压的最大挡。如果长期不使用，还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其它器件。,1. 电导和电导率的概念 电导是电解质溶液的性质，稀溶液的电导与离子浓度有简单的线性关系。,电导的定义：为电阻的倒数。用符号：G 表示。SI单位：S 或 -1,四. 电化学测量和仪器,电导率 和摩尔电导率 m, = G l / A ( = R A / l) m= /c 的 SI 单位：Sm-1 m的 SI 单位： S m2 mol-1 令：Kcell = l /A 为电导池常数 (有时也用 J 表示 Kcell) 。,2. 电导率测量原理和仪器,电导的测量实际上就是测量电阻。惠斯顿电桥法是测未知电阻 Rx较精确的方法。进一步由 Rx 的倒数获得电导 Gx，再由电导池常数 Kcell 得出电导率 。,对电解质溶液不能用直流惠斯顿电桥测量未知电阻 Rx, 因为:, 溶液电导率测量的原理-惠斯顿交流电桥法,电桥平衡时，有： R1/Rx=R3/R4,则： Gx=1/Rx,而电导率为：,Kcell= l /A，称为电导池系数。对于一固定的电解池，Kcell 有定值，单位 m-1。,交流电源, DDS-11A型电导率仪法,指针式,数显式,量程与电极选择,0- 10 S/cm , 5档，低周，DJS-1 型光亮电极 0- 3102 S/cm , 3档，低周， DJS-1 型铂黑电极 0- 1 105 S/cm , 4档，高周， DJS-10型铂黑电极,指针式 DDS-11A 型电导率仪,表头,调整仪器表头的机械零点，选好量程和电极。一般来说，测量电导率低于 300 S·cm-1 时，将测量频率开关置于“低周”，否则置于“高周”。,指针指示数乘以量程开关倍率即为被测溶液的实际电导率。为了提高精度，测定时，仍需对仪器不断校正。,将电极常数调节旋钮 K7 调到与配套电极的常数相对应的位置上。注意读数倍率。,将校正测量开关 K3 置于“校正”，接通电源，预热 10 分钟后，调整校正调节器 K4，使表针在满刻度。,将电极浸入待测溶液中，将校正测量开关 K3 置于“测量”，将量程开关 K5 由大到小逐渐调节，直至所需测量范围。,DDS-11A 型电导率仪使用,DDS-11A 型数显电导率仪使用,将电源插入接地可靠的插座。将选择开关置于校正位置，开机预热 10-20 分钟。,电导率的测量： 校准: 按下“校准/测量”使处于“校准”状态,调节“常数”调节旋钮,使仪器显示所使用电极的常数标称值。 将电极插头插入插座，再将电极浸入待测溶液中。 用温度计测量被测溶液的温度后,将“温度” 调节钮指向被测溶液的实际温度的刻度线位置。此时显示的值是经温度补偿后换算到 25 的时电导电率值。 测量: 按下“校准/测量”使处于“测量”状态(此时，按钮为向上弹起的位置),将“量程”开关置于合适的量程档，待仪器显示稳定后，该显示值即为被测溶液换算到25 的时电导电率值(实际测量结果与使用各种不同电导电极常数有关！)。,电极常数的测定方法 指针式 DDS-11A 电导率仪测定电极常数的具体步骤如下(设 用 0.01 mol dm-3 KCl 溶液,溶液的温度为 25, 0.1413 S m-1): 1) 扳“高低周”档开关至“高周”档; 2) 把量程开关扳至103 红线处; 3)“测量”“校正”开关扳至“测量”位置; 4) 把电极常数旋钮调至“1.0”位置; 5) 调节“调正”器使红字读数(下刻度)在“1.41”处; 6) 把测量开关扳至“校正”位置; 7) 调节“电极常数” 旋钮,使电表指示于满度; 8) 记下“电极常数”旋钮指示的读数,即为该电极的电极常数(每一小格为 0.02),数字式 DDS-11A 电导率仪测定电极常数的具体步骤(设 用 0.01 mol dm-3 KCl 溶液,溶液的温度为 25, 电导率仪为 0.1413 S m-1) 1) 将“测量”“校正”开关扳至“测量”位置; 2) 调整“常数”旋钮使显示 0.01 mol dm-3 KCl 溶液、温度为 25 时的电导率值0.1413 S m-1; 3) 将“测量”“校正”开关转到“校正”位置，此时所显示的数值即为该电极的电极常数。,电位差计是根据对消法原理设计的：,三条回路： 工作回路：提供工作电流。 校正回路：校正工作回路，使测量准确。 测量回路,3. 原电池电动势的测量原理和仪器,被测电池或标准电池、工作电池的极性接反。,在测定原电池电动势的过程中应注意：若检流计始终向一个方向偏转，要认真检查电路和接线，发生此类现象的可能原因有:,被测电势高于电位差计的量限。,工作电池没有输出或工作电池电压值低于规定值。,工作电流回路断路。, 电位差计, 学生型电位差计,学生型电位差计线路图,3 V 工作电源,限流电阻,双刀双掷开关,待测电池,标准电池,检流计,发报开关,测量刻度盘, UJ-25型的电位差计 (高阻型),特点为工作电流小，线路电阻大。因此，要配以高灵敏度的检流计。,电池电动势的测定是电化学研究中最基本的方法。 UJ-25型的电位差计 适于测量内阻较大的电源电动势，及较大电阻的电压降。,UJ-25 型的电位差计内部线路,将转换开关放在“断”位置上，将工作电池，被测电池及标准电池按正、负极性接在相应的旋钮上，连接好检流计。,UJ-25 型直流电位差计的使用方法,由标准电池温度系数公式计算给定条件下的标准电池电动势，调整标准补偿十进盘上的两个旋钮使其对应。,将转换开关放在“标准”位置，按“粗”键，调节工作电流旋钮，使检流计光标指示为零。然后再按“细”键，调节工作电流旋钮，使检流计光标指示为零。如调节过程中，检流计光标偏转太大，应迅速按下“短路”键，使其迅速停止摆动。,将转换开关放在“未知”的位置上，先按“粗”键，调节测量盘，使检流计光标指示为零。在按“细”键，调节测量盘，直到检流计指示为零。此时 6 个测量盘下方的小窗孔内所示数字的总和即为电动势的测定值。,在测量时，按键时间要短(1 秒)，以防止过多电量通过标准电池或被测量电池，造成严重的极化，破坏电池的电化学可逆性。, 韦斯顿标准电池,2,标准电池的特性 标准电池的电动势具有很好的重现性和稳定性。一般能重现到 0.1 毫伏。在恒温条件下在较长时期内保持电动势基本不变。 当电位差计电路内有微小不平衡电流通过该电池时，由于电极的可逆性好，电极电位不发生变化，电池电动势仍能保持恒定。,标准电池分类 饱和标准电池: 可逆性好，但温度系数较大，用于精密测量须进行温度校正。 不饱和标准电池: 温度系数很小，但可逆性差，用在精度要求不高的测量。 物化实验的电学测量中,一般采用 BC3 或 BC8 等型号的饱和标准电池。,饱和标准电池温度校正 Et/V = -39.94(t - 20) - 0.929(t - 20)2 + 0.0090(t - 20)3- 0.00006(t - 20)4 或： Et/V = - 40(t - 20),标准电池使用时应注意: 使用温度 440。 正负极不能接错。 不能振荡，不能倒置，携取要平稳。 不能用万用表直接测量标准电池。 标准电池只是校验器，不能作为电源使用，测量时间必须短暂，间歇按键，以免电流过大，损坏电池。 电池若未加套直接暴露于日光，会使硫酸亚汞变质，电动势下降。 按规定时间，需要对标准电池进行计量校正。, 检流计,检流计主要用在平衡式直流电测量仪器（如电位差计、电桥）中作为示零仪器，以及在光-电测量、差热分析等实验中测量微弱的直流电流。,工作原理 当检流计接通电源后，由灯泡、透镜和光栏构成的光源发射出一束光，投射到小镜面上，又分别反射到凸面镜和平面镜上，最后成像在标尺上。 被测电流经悬丝通过动圈时，使动圈发生偏转，其偏转的角度与电流的强弱有关。因小镜随动圈而转动，所以在标尺上光点移动距离的大小与电流的大小成正比。 电流通过动圈时，产生的磁场与永久磁铁的磁场相互作用，产生转动力矩，使动圈偏转。但动圈的偏转又使悬丝的扭力产生反作用力矩，当两力矩相等时，动圈就停在某一偏转角度上。,电流计的运动特性,R回路电阻=（1.11.2)R临界电阻,检流计(AC15型)使用方法 首先检查电源开关所指示的电压是否与所使用的电源电压一致，然后接通电源。,旋转零点调节器，将光点准线调至零位。,用导线将输入接线柱与电位差计“电计”接线柱接通。,测量时先将分流器开关旋至最低灵敏度档(0.01档)，然后逐渐增大灵敏度进行测量(“直接”档灵敏度最高)。,在测量中如果光点剧烈摇晃时，可按电位差计短路键，使其受到阻尼作用而停止。,实验结束时，或移动检流计时，应将分流器开关置于“短路”，以防止损坏检流计。, 电极 工作电极(研究电极) 、参比电极 和 辅助电极。 例：工作电极：镍电极。参比电极：饱和甘汞电极。辅助电极：铂电极。,甘汞电极常见结构,使用前，应检查饱和氯化钾溶液是否浸没内部电极小瓷管的下端，是否有氯化钾晶体存在，弯管内是否有气泡将溶液隔断。,使用时，拔去下端的橡皮帽，电极的下端为一陶瓷芯，在测量时允许有少量氯化钾溶液流出。拔去支管上的小橡皮塞，以保持有足够的液压差，测量时断绝被测溶液流入而沾污电极。把橡皮帽、橡皮塞保存好。,测量结束，将甘汞电极套上橡皮塞、橡皮帽，以防水分蒸发，注意甘汞电极不要浸在纯水中。,三电极体系测定钝化曲线：, 恒电位仪,给系统提供所需波形电信号的仪器，主要由变压器、整流滤波、比较放大、基准电源、调整元件和取样电阻等组成。,CHI600 系列电化学分析仪/工作站,钝化曲线测定实验中常使用的恒电位仪 或电化学分析仪/工作站 。,