电化学测量技术-_讲稿_

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
DDS-11A 型电导率仪使用 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 μS·cm-1 时，将测量频率 开关置于“低周”，否则置于“高 周”。 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。
② DDS-11A型电导率仪法
指针式
数显式
指针式 DDS-11A 型电导率仪
K7 电极常 数调节 C2 10 mV 输出插口 C1 电极插口
K6 电容补偿
K4 校正调节 K3 校正测量开关
K5 量 程 选择开关
表头
K2 高低周开关 XE 指示灯泡 K1 电源开关
振荡器
电导池
放大器
指示器
电源插口
量程与电极选择
+
-
① 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
R3 R4
Gx=1/Rx
R3 1 AC 1 R4 R1 CB R1
而电导率为：
交流电源
l 1 l 1 Gx K cell A Rx A Rx
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。
第二部分
电化学测量技术
一、概述
在物理化学实验的过程中，通常会用到电学仪器测定一些相应 的物理量。主要有 电导、电动势 等物理量的测定。现就其测定原理 和仪器使用等方面作些介绍。
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”！
发报开关
② UJ-25型的电位差计 (高阻型)
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。
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。
UJ-25 型的电位差计内部线路
UJ-25 型直流电位差计的使用方法
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
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。
四. 电化学测量和仪器
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 电导率 和摩尔电导率 m = G l / A ( = R A / l) 的 SI 单位：Sm-1 m= /c m的 SI 单位： S m2 mol-1
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。
②万用表
指针式万用表
数字式万用表
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。
万用表的使用 直流电流测量：把量程选择开关指向直流电流范围， 测量结果可从显示屏读数。 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。 特别提醒：用万用表测量电流时，必须串联在电路中。 万用表的型号很多，但其基本使用方法是相同的。
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。 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。
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:
注意事项 (指针式 或 数显电导率 均适用)
电极的引线、插头应保持干燥，以免造成不必要的测量误差。 电导电极的贮存：光亮的铂电极，必须贮存在干燥的地方；镀铂黑的铂 电极不允许干放，必须贮存在蒸馏水中。 电极应该定期进行常数标定。 仪器仪器有 0-10 mV 输出信号，可外接记录仪进行电导率的连续监测。
④
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。
① 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。 ② 将电极插头插入插座，再将电极浸入待测 溶液中。 ③ 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。
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。
3. 原电池电动势的测量原理和仪器 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 分别调节C或C’的位置，使检流计 中无电流通过。则：EAC = Ex，
EAC’ = ES
比较得:
E x Es
AC AC '
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
㈡ 韦斯顿标准电池
2
8 8 2 Cd ( Hg ) SO 4 H 2 O(l ) CdSO 4 H 2 O( s ) 2e 3 3 阴极： Hg SO (s) 2e 2Hg(l ) SO2 2 4 4 总： Cd ( Hg ) Hg SO 8 H O(l ) 2 Hg (l ) CdSO 8 H O( s ) 2 4 2 4 2 3 3
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，