第2章 电化学测量实验基础(rev)
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电化学实验报告引言:电化学实验是一种研究电与化学反应之间相互关系的实验方法。
通过测量电流和电势等参数,可以获取有关物质在电场中的性质和反应机理的信息。
在本实验中,我们将探索电化学反应的基本原理,以及它们对现实生活的应用。
实验一:电解质溶液的电导率测定电解质溶液的电导率是指单位体积内的电荷流动能力。
在本实验中,我们将通过测量溶液的电阻,推断其电导率,并探究电解质浓度对电导率的影响。
实验装置包括电源、电阻箱、电导率计和电极等。
首先,我们调整电源的电压和电流大小,确保实验安全。
然后,将电解质溶液与电极连接,通过电阻箱调节电流强度。
根据欧姆定律,通过测量电流和电阻,我们可以计算电解质溶液的电阻值。
在实验过程中,我们逐渐改变电解质溶液的浓度,记录对应的电阻值。
通过绘制电阻和浓度之间的关系曲线,我们可以推断电解质的电导率与浓度之间的关系。
实验结果表明,电解质的电导率随着浓度的增加而增加,说明溶液中的离子浓度是影响电导率的关键因素。
实验二:电池的电动势测定电池的电动势是指单位正电荷在电池中沿电流方向做功产生的电势差。
在本实验中,我们将通过测量电池的电压,推断其电动势,并探究电池的构成对电动势的影响。
实验装置包括电源、电压计和电极等。
首先,我们使用电压计测量电池的电压,得到电动势值。
然后,逐渐改变电池的构成,例如改变电极的材料、浓度等因素,再次测量电压。
通过对比实验结果,我们可以推断电池构成与电动势之间的关系。
实验结果表明,电动势受电极材料、电解液浓度等因素的影响。
以常见的锌-铜电池为例,当电解液中的锌离子浓度增加时,电池的电动势也随之增加。
这是因为锌离子被氧化成锌离子释放出电子,而电子经过电解液和外电路到达铜电极,发生还原反应,从而产生电动势。
实验三:电沉积的应用电化学实验不仅可以用于理论研究,还可以应用于现实生活中。
电沉积是指通过电化学反应生成金属薄膜或涂层的过程,常被用于防腐、装饰和电子工业等领域。
在本实验中,我们将通过电沉积实验,了解金属薄膜的形成机制,并考察电流密度对电沉积质量的影响。
2、Cottrell 方程 此即:线性扩散条件下,平面电极上电解时间为t 时 的极限扩散电流。
式中, A 为电极的面积; DO 为物质在溶液中的扩散 系数, cm2·s-1;其它符号具有通常的含义。
上式称 为Cottrell 方程。
41Cottrell 方程表明: (1)在大量支持电解质存在下的静止溶液中,平面电极 上的电解电流与电活性物质浓度成正比,这是定量分析 的基础。
(2)电解电流与电活性物质在溶液中的扩散系数的平方 根成正比。
(3)电解电流与时间的平方根成反比。
(4)温度对电流的影响十分显著,因为温度影响物质的 扩散。
在298K 左右,温度改变1℃,扩散系数改变1~2%。
因此,实验时,溶液的温度应控制在±0.5℃以内。
42§2.6 法拉第定律 在电极上发生化学变化的物质,其物质的量n 与通 入的电量Q 成正比;通入一定量的电量后,若电极 上发生反应的物质的 n 等同,析出物质的质量 m 与 其摩尔质量M 成正比。
法拉第定律可表示为:QzF F 为1摩尔质子的电荷,称为法拉第常数(96485 C·mol -1); M 为析出物质的摩尔质量;z 为电极反应中的电子计量系数。
电解消耗的电量Q 可按下式计算: 若1安的电流通过电解质溶液1秒钟,其电量是1库仑。
法拉第定律在任何温度和压力下都能适用。
43法拉第电流与非法拉第电流 在电极上有两种过程发生: 在反应中有电荷(如电子)在金属/溶液界面上转移,电子 转移引起氧化或还原反应发生。
由于这些反应遵循法拉第 电解定律,故称之为法拉第过程,其电流称法拉第电流。
在一定条件下,由于热力学或动力学方面的原因,可能没 有电荷转移反应发生,而仅发生吸附和脱附这样一类的过 程,电极/溶液界面的结构可以随电位或溶液组成的变化而 改变,这类过程称为非法拉第过程。
第三章电化学测量实验的基本知识3-2三电极两回路体系三电极体系:可同时测定和控制通过电极的电流和电位,并且有足够的测量精度。
使用超微电极作为研究电极时,可采用两电极体系。
三个电极:WE:研究电极or工作电极,该电极上所发生的电极过程是我们的研究对象。
RE:参比电极(两电极体系没有RE)用来测量研究电极电位CE:辅助电极or对电极,只用来通过电流,实现研究电极极化两个回路:极化回路(左侧),包括P,m A,CE,WE。
电位测量回路(右侧),包括V,RE,WE。
极化回路中有极化电流通过,因此极化电流大小的控制和测量在此电路中进行。
电位测量回路中对研究电极的电位进行测量和控制,回路中几乎没有电流通过。
极化时电极电势测量和控制的主要误差来源溶液欧姆压降:i R u=jl/κ降低溶液欧姆压降:加入支持电解质,使用鲁金(L u gg in)毛细管(最佳组合是小的球形电极和细的鲁金毛细管接近电极表面,距离为毛细管外径的两倍)(桥式补偿电路,运算补偿电路,断电流法)3-4参比电极参比电极的一般性要求:(1)电极可逆性好。
(2)不易极化。
(3)具有良好的恢复特性(温度系数小)(4)电位稳定。
(5)电位重现性好。
(6)低电阻。
(7)若电极式金属的盐或氧化物,则要求其溶解度很小。
(8)考虑使用的溶液体系的影响。
常见的水溶液体系参比电极:1)可逆氢电极,P t,H2∣H+将铂片与铂丝焊接,将铂丝严密的封入玻璃管中,再在铂片上镀上铂黑。
氢电极中毒的三种情况:•溶液中含有氧化性物•溶液中含有易被还原的金属离子•铂黑强烈的吸附能力2)甘汞电极,Hg∣Hg2C l2(s)∣C l-3)银-氯化银电极,Ag∣AgC l∣C l-准参比电极含义:采用与电池负极相同材质的金属电极直接插入电池溶液中作为参比电极使用,特点:1.无需测准确电极电势,只需知极化值。
2.无液接电势和溶液污染问题。
3.测量的准确性和稳定性好,响应速率较快。
4.可逆性好3-5盐桥盐桥的作用:1.减小液接界电势2。
电化学测量方法 PDF一、电化学测量方法的分类 ??第一类电化学热力学性质的测量方法 ??第二类单纯依靠电极电势、极化电流的的控制和测量进行动力学性质的测量。
??第三类在电极电势、极化电流的控制和测量的同时引入光谱波谱技术、扫描探针显微技术的体系电化学性质测量方法二、电化学测量的基本原则要进行电化学测量研究某一个基本过程就必须控制实验条件突出主要矛盾使该过程在电极总过程中占据主导地位降低或消除其他基本过程的影响通过研究总的电极过程研究这一基本过程。
三、电化学测量的主要步骤 ??1、实验条件的控制 ??2、实验结果的测量 ??3、实验结果的解析四、电化学测量的基本知识 ??1、电极电势的测量和控制 ??2、电流的测量和控制 ??3、电化学测量的基本元件介绍 1、电极电势的测量 ?当用电势差计接在研究电极和参比电极之间时测量电路中没有电流流过此时测得的研究电极电势VV开E但是使用电压表作为测量仪器电路中不可能完全没有电压VV开i测R池 i测R仪器? E所以对测量和控制电极电势的仪器有一系列的要求。
?要求测量仪器有足够高的输入阻抗以保障测量电路中的电流足够小使得电池的开路电压绝大部分都分配在仪器上同时测量电路中的电流小还不会导致被测电池发生极化干扰研究电极的电极电势和参比电极的稳定性。
?要求仪器有适当的精度、量程一般要求能准确测量或控制到1mV。
?对暂态测量要求仪器有足够快的响应速度具体测量时对上述指标的要求并不相同也各有侧重需要具体问题具体分析。
2、电流的测量和控制极化电流的测量和控制主要包括两种不同的方式 ?在极化回路中串联电流表适当选择电流表的量程和精度测量电流。
这种方式适用于稳态体系的间断测量不适合进行快速、连续的测量 ?使用电流取样电阻或电流-电压转换电路将极化电流信号转变成电压信号然后使用测量、控制电压的仪器进行测量或控制。
这种方法适用于极化电流的快速、连续、自动的测量和控制。
?另外还可能对极化电流进行一定的处理后再进行测量。
电化学基础教程(第二版)版权页•内容提要•前言•第一版前言•第1章绪论•1.1 电化学简介•1.2 电化学的历史•1.3 电化学研究领域的发展•1.4 本书结构与学习方法•复习题•第2章导体和电化学体系•2.1 电学基础知识•2.2 两类导体的导电机理•2.3 电化学体系•2.4 法拉第定律•2.5 实际电化学装置的设计•复习题•第3章液态电解质与固态电解质•3.1 电解质溶液与离子水化•3.2 电解质溶液的活度•3.3 电解质溶液的电迁移•3.4 电解质溶液的扩散•3.5 电解质溶液的离子氛理论•3.6 无机固体电解质•3.7 聚合物电解质•3.8 熔盐电解质•复习题•第4章电化学热力学•4.1 相间电势与可逆电池•4.2 电极电势•4.3 液体接界电势•4.4 离子选择性电极•复习题•第5章双电层•5.1 双电层简介•5.2 双电层结构的研究方法•5.3 双电层结构模型的发展•5.4 有机活性物质在电极表面的吸附•复习题•第6章电化学动力学概论•6.1 电极的极化•6.2 不可逆电化学装置•6.3 电极过程与电极反应•6.4 电极过程的速率控制步骤•复习题•第7章电化学极化•7.1 电化学动力学理论基础•7.2 电极动力学的Butler-Volmer模型•7.3 单电子反应的电化学极化•7.4 多电子反应的电极动力学•7.5 电极反应机理的研究•7.6 分散层对电极反应速率的影响——ψ1效应•7.7 平衡电势与稳定电势•复习题•第8章浓度极化•8.1 液相传质•8.2 扩散与扩散层•8.3 稳态扩散传质规律•8.4 可逆电极反应的稳态浓度极化•8.5 电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律•8.6 流体动力学方法简介•8.7 电迁移对扩散层中液相传质的影响•8.8 表面转化步骤对电极过程的影响•复习题•第9章基本暂态测量方法与极谱法•9.1 电势阶跃法•9.2 电流阶跃法•9.3 循环伏安法•9.4 电化学阻抗谱•9.5 滴汞电极与极谱法•复习题•第10章实际电极过程•10.1 电催化概述•10.2 氢电极过程•10.3 氧电极过程•10.4 金属阴极过程•10.5 金属阳极过程•复习题•附录标准电极电势表(298.15K,101.325kPa)•习题答案•参考文献•符号表。