物理化學實驗預習PPT課件

1、1 1 基本原理基本原理1.1 1.1 電解質溶液的電導、電導率、摩爾電導率電解質溶液的電導、電導率、摩爾電導率 115 115 電解質溶液電導的測定電解質溶液電導的測定 摩爾電導率摩爾電導率ACEIRS0cellLRKAmc(S m2/mol) ，其中c的單位是mol/m3cellKR第1頁/共34頁1 1 基本原理基本原理1.2 1.2 溶液濃度對電導的影響溶液濃度對電導的影響 115 115 電解質溶液電導的測定電解質溶液電導的測定 當溶液的濃度逐漸降低時，由于溶液中離子間的相互作用力減弱，所以摩爾電導率逐漸增大?？苿跔柺└鶕嶒灥贸鰪婋娊赓|稀溶液的摩爾電導率m與濃度C有如下關系0mA

2、C 對于弱電解質，可以根據科勞爾施離子獨立移動定律計算無限稀釋時的摩爾電導率0。第2頁/共34頁1 1 基本原理基本原理1.2 1.2 溶液濃度對電導的影響溶液濃度對電導的影響 115 115 電解質溶液電導的測定電解質溶液電導的測定 另外，對于弱電解質，其電離平衡常數(shù)Kc與濃度c和電離度a之間有如下關系：21ccaKa而弱電解質體系中：0ma因此200()mcmcK 200cmcmKcK第3頁/共34頁2 2 實驗步驟實驗步驟2.1 2.1 連電路：惠斯通電橋連電路：惠斯通電橋 115 115 電解質溶液電導的測定電解質溶液電導的測定 R1R2R3Rx信號發(fā)生器示波器2 . 2 在 2 5o

3、C 下 ， 測0.020mol/L的KCl 溶液的電阻，計算Kcell。2.3 分別測定25oC下HCl,NaAc, NaCl, HAc在不同濃度下的電阻。2.4 整理、清潔所用儀器。第4頁/共34頁3 3 注意事項注意事項3.1 3.1 注意勿打碎電導池，鉑黑電極不要用力擦洗；注意勿打碎電導池，鉑黑電極不要用力擦洗；3.2 3.2 每人四個電導瓶，每種電解質溶液用一個；每人四個電導瓶，每種電解質溶液用一個；0.020mol/L 0.020mol/L KClKCl溶液直接用電導管測定。溶液直接用電導管測定。3.3 3.3 電解質溶液加水稀釋后，注意搖勻，測量前達到恒溫。電解質溶液加水稀釋后，注

4、意搖勻，測量前達到恒溫。 115 115 電解質溶液電導的測定電解質溶液電導的測定 第5頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 116 116 電動勢的測定電動勢的測定 1.1 電動勢當電極（金屬或其它導電體）插入電解質溶液時，在電極與電解質溶液界面即有電位差產生，這個電位差稱作電極電位。由于不同電極性質的差異，所產生的電極電位也不同。E = +-第6頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 116 116 電動勢的測定電動勢的測定 1.2 電動勢的測定電池電動勢不能用伏特計直接測量。因為當把伏特計與電池接通后，由于電池放電，不斷發(fā)生化學變化，電池中溶液的濃度將不斷改變，因而電動勢值也會發(fā)生變化。另

5、一方面，電池本身存在內電阻，所以伏特計所量出的只是兩極上的電勢降，而不是電池的電動勢，只有在沒有電流通過時的電勢降才是電池真正的電動勢。第7頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 116 116 電動勢的測定電動勢的測定 1.2 電動勢的測定對消法對消法G工作電池標準電池可調電阻，精確調控工作電路電流標準化待測電池第8頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 116 116 電動勢的測定電動勢的測定 1.3 電池的組裝ZnCu飽和KNO3溶液ZnZnSO4(0.1 mol/L) KCl(飽和) CuSO4(0.1 mol/L) Cu 第9頁/共34頁2 2 實驗步驟實驗步驟 116 116 電動勢的

6、測定電動勢的測定 2.1 連線路2.2 根據標準電池上溫度計顯示溫度，計算標準電池電動勢；并在電位差計上調節(jié)至計算值。2.3 標準化工作電路2.4 測定待測電池電動勢（25oC）2.5 將恒溫槽溫度分別升到30、35、40oC測定和電池電動勢，計算電池的溫度系數(shù)第10頁/共34頁 116 116 電動勢的測定電動勢的測定 注意：注意：Ag電極改為電極改為Cu電極；電極；AgNO3溶液改為溶液改為CuSO4溶液溶液第11頁/共34頁3 3 注意事項注意事項 116 116 電動勢的測定電動勢的測定 3.1 鹽橋的正確使用3.2 飽和甘汞電極的正確使用3.3 標準電池、工作電池、待測電池正負極正確

7、接到電位差計（正接正，負接負）3.4 避免打碎玻璃儀器第12頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 117 117 氫陰極析出極化曲線的測定氫陰極析出極化曲線的測定 電極極化：電極極化：電極上有（凈）電流流過時，電極電勢偏離其平衡值，此現(xiàn)象稱作極化。根據電流的方向又可分為陽極化和陰極化。過電位：過電位：實際析出電位與理論析出電位間的差值稱為超電位或過電位。陽極上析出電位（正值）要比理論析出電位更正；陰極上的析出電位要比理論析出電位更負。極化曲線：極化曲線：表示電極電位電極電位與極化電流或極化電流密度極化電流或極化電流密度之間的關系曲線。如電極分別是陽極或陰極，所得曲線分別稱之為陽極極化曲線或陰極

8、極化曲線。第13頁/共34頁實驗目的實驗目的 通過在1M的NaOH溶液中氫在陰極析出極化曲線的測定，掌握測量極化曲線的基本方法。了解過電位、極化電極電位等概念和基本測量方法 了解影響氫過電位和氫陰極析出速度的主要因素。 第14頁/共34頁 陽極極化過電位A=-P， 陰極極化過電位K=P-， 式中P為平衡電位，為電位 研究發(fā)現(xiàn)或是電流密度i的函數(shù)，稱為Tafel關系，大都滿足下列兩個Tafel方程： =a1+b1lgi（低極化區(qū)） =a2+b2lgi （高極化區(qū)） 過電位代表為了維持電極反應速率（電流密度）所需要的額外能量，此能量會轉成熱能，使得陽極運作電位永遠高于平衡狀態(tài)下的電位；陰極運作電位

9、永遠低于平衡狀態(tài)下的電位。 第15頁/共34頁 lgi作圖稱為電極反應極化曲線電極反應極化曲線。 極化曲線在電化學動力學和機理、化學電源、電鍍、電拋光、金屬腐蝕、電化學合成、電催化和光電催化等領域的研究中都有重要的意義。 極化曲線示意圖極化曲線示意圖 第16頁/共34頁 測量極化曲線有兩種方法 : 控制電流法 控制電位法 本實驗采用控制電流法，就是逐步改變回路中的電流大小，測量電極電位的變化情況。第17頁/共34頁 極化曲線的測量通常采用三電極的電解池，除陽極和陰極外，還有一個電極電位固定不變的參比電極，以測量待研究電極的電極電位。 電解池示意圖電解池示意圖 第18頁/共34頁 測量線路示意圖

10、測量線路示意圖 第19頁/共34頁 本實驗陽極和陰極均采用鐵電極，參比電極為飽和甘汞電極，電解質溶液為1M的NaOH溶液。電極反應為：陽極： 4OH-= O2 + 2H2O + 4e陰極： 2H3O+ + 2e = H2 + 2H2O第20頁/共34頁注意事項注意事項 為研究氫在陰極析出的極化曲線，應該用磨砂隔板將陽極室和陰極室隔開，以避免陽極析出的O2隨溶液擴散至陰極還原。 為避免電極表面吸附的O2和溶液中溶解的O2干擾，應該在實驗前，進行較長時間的預極化，使電極獲得穩(wěn)定的表面狀態(tài)。測量時，從大電流開始向小電流逐點測量。第21頁/共34頁119方波脈沖電方波脈沖電流鍍鋅流鍍鋅第22頁/共34

11、頁實驗目的實驗目的學習脈沖電鍍法制備金屬鍍層的基本原理和實驗方法。 了解金屬電鍍的重要意義、直流電鍍與脈沖電鍍的區(qū)別。了解工業(yè)鍍鋅的一般方法和電化學在工業(yè)上的應用。第23頁/共34頁實驗原理實驗原理 電鍍是最重要的金屬表面處理技術之一，在工業(yè)及眾多的高新技術領域中均有著重要應用。 脈沖電鍍研究和應用始于18世紀中葉，但直至本世紀六十年代，隨著電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展，脈沖電鍍技術的研究和應用才取得了長足進步。第24頁/共34頁 脈沖電鍍與直流電鍍的區(qū)別 : 利用時間功能作為槽外控制金屬電鍍的手段. 脈沖電鍍的優(yōu)點: 可通過改變脈沖參數(shù)改善金屬鍍層的物理化學特性，從而實現(xiàn)節(jié)約貴金屬和獲得功能性鍍層的目

12、的 .第25頁/共34頁 脈沖電鍍的實質是一種通斷直流電鍍，具有三個可調變的獨立參數(shù): 脈沖電流密度JP、 導通時間Ton(或T1) 關斷時間Toff(或T2) 直流電鍍中，只有一個參數(shù)(電流密度或電位)可調。因此，脈沖電鍍可為槽外控制鍍層質量提供更有效的控制途徑。第26頁/共34頁 平均脈沖電流密度Jm與Jp間關系為： Jm=Jp x Ton/(Ton+Toff) 脈沖電鍍時，如附加一直流分量D(可正可負)，則脈沖電流的幅度M為： M = Jm(Ton+Toff ) D(Ton +Toff) / Ton 方波電鍍中電流的周期性變化方波電鍍中電流的周期性變化 第27頁/共34頁 脈沖電鍍主要依

13、據的電化化學原理: 利用電流(或電位)脈沖的馳豫作用增大陰極極化和降低陰極的濃差極化，從而改善金屬鍍層的物理化學特性。 脈沖電鍍時，電流導通后，接近陰極的金屬離子充分地被沉積，使陰極附近的電鍍液濃度降低而形成濃度梯度；當電流關斷時，陰極附近的放電離子濃度，因擴散而得以恢復。 第28頁/共34頁脈沖電鍍的特點脈沖電鍍的特點 可得到較致密的導電率高的金屬沉積層； 可降低金屬淀積區(qū)濃差極化，可能成為提高陰極電流密度和金屬淀積速度的有效途徑； 有利于消除氫脆和改善鍍層的物理化學性質； 可減少添加劑的需要； 可提高金屬鍍層的純度； 脈沖電鍍所制備的金屬鍍層通常具有較好的防護性能。 第29頁/共34頁脈沖

14、電鍍的電路圖脈沖電鍍的電路圖 第30頁/共34頁儀器與藥品儀器與藥品 儀器：PPS-5 型多波形脈沖電鍍電源一臺；電阻箱一只；毫安表一只；電鍍槽一個； 電鍍液：氯化鋅：35g/L，檸檬酸：60g/L，氯化銨：235g/L，聚乙二醇（8000）：2g/L，硫脲：2g/L 陽極：Zn 棒(A.R. 級)；陰極基體：0.16cm鐵絲(侵入鍍液部分長為5cm，其面積約為2.5cm2)。 第31頁/共34頁指針式萬用表最基本的工作原理第32頁/共34頁萬用表歐姆檔的正確使用使用萬用表的歐姆檔時要注意：注意量項：萬用表的轉換開關全都放置在測量電阻的位置上。嚴禁帶電測量：不能測量帶電情形下的電阻，要在被測電阻與其他器件隔離開時進行測量。否則，由于被測電阻上電壓的串入，不僅會嚴重歪曲測量結果，甚至可能燒毀表頭。測量時注意不要用兩只手同時接觸萬用表的測試棒導體部分，否則儀表指示值反映的是人體電阻與被測阻并聯(lián)等效電阻。歐姆調零：每更換量限都要先進行零歐姆調整，將兩根測試棒短接，調整零歐姆調整器使指針指向零歐姆處，然后再開始測量。選擇量程：適當選擇歐姆檔的量限，使指示值接近歐姆表標尺的中間即歐姆中心值附近，大約0