物理化学实验预习

电解质溶液电导；电动势；极化曲线；电镀,物理化学实验预习,电导：导电能力;对于某一种导体允许电流通过它的容易性的量度；电阻的倒数。符号是G。对于纯电阻线路，电导与电阻的关系方程为：电导单位是西门子，简称西，符号S。电导率是电阻率的倒数，单位是S/m。,1基本原理1.1电解质溶液的电导、电导率、摩尔电导率,115电解质溶液电导的测定,电阻,1基本原理1.1电解质溶液的电导、电导率、摩尔电导率,115电解质溶液电导的测定,摩尔电导率,S,(Sm2/mol)，其中c的单位是mol/m3,1基本原理1.2溶液浓度对电导的影响,115电解质溶液电导的测定,当溶液的浓度逐渐降低时，由于溶液中离子间的相互作用力减弱，所以摩尔电导率逐渐增大。科劳尔施根据实验得出强电解质稀溶液的摩尔电导率m与浓度C有如下关系,对于弱电解质，可以根据科劳尔施离子独立移动定律计算无限稀释时的摩尔电导率0。,1基本原理1.2溶液浓度对电导的影响,115电解质溶液电导的测定,另外，对于弱电解质，其电离平衡常数Kc与浓度c和电离度a之间有如下关系：,而弱电解质体系中：,因此,2实验步骤2.1连电路：惠斯通电桥,115电解质溶液电导的测定,R1,R2,R3,Rx,信号发生器,2.2在25oC下，测0.020mol/L的KCl溶液的电阻，计算Kcell。2.3分别测定25oC下HCl,NaAc,NaCl,HAc在不同浓度下的电阻。2.4整理、清洁所用仪器。,3注意事项3.1注意勿打碎电导池，铂黑电极不要用力擦洗；3.2每人四个电导瓶，每种电解质溶液用一个；0.020mol/LKCl溶液直接用电导管测定。3.3电解质溶液加水稀释后，注意摇匀，测量前达到恒温。,115电解质溶液电导的测定,1基本原理,116电动势的测定,1.1电动势,当电极（金属或其它导电体）插入电解质溶液时，在电极与电解质溶液界面即有电位差产生，这个电位差称作电极电位。由于不同电极性质的差异，所产生的电极电位也不同。E=+-,1基本原理,116电动势的测定,1.2电动势的测定,电池电动势不能用伏特计直接测量。因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断改变，因而电动势值也会发生变化。另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电势降，而不是电池的电动势，只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势。,1基本原理,116电动势的测定,1.2电动势的测定对消法,工作电池,标准电池,可调电阻，精确调控工作电路电流标准化,待测电池,1基本原理,116电动势的测定,1.3电池的组装,ZnZnSO4(0.1mol/L)KCl(饱和)CuSO4(0.1mol/L)Cu,2实验步骤,116电动势的测定,2.1连线路,2.2根据标准电池上温度计显示温度，计算标准电池电动势；并在电位差计上调节至计算值。,2.3标准化工作电路,2.4测定待测电池电动势（25oC）,2.5将恒温槽温度分别升到30、35、40oC测定和电池电动势，计算电池的温度系数,116电动势的测定,注意：Ag电极改为Cu电极；AgNO3溶液改为CuSO4溶液,3注意事项,116电动势的测定,3.1盐桥的正确使用3.2饱和甘汞电极的正确使用3.3标准电池、工作电池、待测电池正负极正确接到电位差计（正接正，负接负）3.4避免打碎玻璃仪器,1基本原理,117氢阴极析出极化曲线的测定,电极极化：电极上有（净）电流流过时，电极电势偏离其平衡值，此现象称作极化。根据电流的方向又可分为阳极化和阴极化。过电位：实际析出电位与理论析出电位间的差值称为超电位或过电位。阳极上析出电位（正值）要比理论析出电位更正；阴极上的析出电位要比理论析出电位更负。极化曲线：表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线。如电极分别是阳极或阴极，所得曲线分别称之为阳极极化曲线或阴极极化曲线。,实验目的,通过在1M的NaOH溶液中氢在阴极析出极化曲线的测定，掌握测量极化曲线的基本方法。了解过电位、极化电极电位等概念和基本测量方法了解影响氢过电位和氢阴极析出速度的主要因素。,阳极极化过电位A=-P，阴极极化过电位K=P-，式中P为平衡电位，为电位研究发现或是电流密度i的函数，称为Tafel关系，大都满足下列两个Tafel方程：=a1+b1lgi（低极化区）=a2+b2lgi（高极化区）过电位代表为了维持电极反应速率（电流密度）所需要的额外能量，此能量会转成热能，使得阳极运作电位永远高于平衡状态下的电位；阴极运作电位永远低于平衡状态下的电位。,lgi作图称为电极反应极化曲线。极化曲线在电化学动力学和机理、化学电源、电镀、电抛光、金属腐蚀、电化学合成、电催化和光电催化等领域的研究中都有重要的意义。,极化曲线示意图,测量极化曲线有两种方法:控制电流法控制电位法,本实验采用控制电流法，就是逐步改变回路中的电流大小，测量电极电位的变化情况。,极化曲线的测量通常采用三电极的电解池，除阳极和阴极外，还有一个电极电位固定不变的参比电极，以测量待研究电极的电极电位。,电解池示意图,测量线路示意图,本实验阳极和阴极均采用铁电极，参比电极为饱和甘汞电极，电解质溶液为1M的NaOH溶液。电极反应为：,阳极：4OH-=O2+2H2O+4e阴极：2H3O+2e=H2+2H2O,注意事项,为研究氢在阴极析出的极化曲线，应该用磨砂隔板将阳极室和阴极室隔开，以避免阳极析出的O2随溶液扩散至阴极还原。为避免电极表面吸附的O2和溶液中溶解的O2干扰，应该在实验前，进行较长时间的预极化，使电极获得稳定的表面状态。测量时，从大电流开始向小电流逐点测量。,119方波脉冲电流镀锌,实验目的,学习脉冲电镀法制备金属镀层的基本原理和实验方法。了解金属电镀的重要意义、直流电镀与脉冲电镀的区别。了解工业镀锌的一般方法和电化学在工业上的应用。,实验原理,电镀是最重要的金属表面处理技术之一，在工业及众多的高新技术领域中均有着重要应用。脉冲电镀研究和应用始于18世纪中叶，但直至本世纪六十年代，随着电子工业的蓬勃发展，脉冲电镀技术的研究和应用才取得了长足进步。,脉冲电镀与直流电镀的区别:利用时间功能作为槽外控制金属电镀的手段.脉冲电镀的优点:可通过改变脉冲参数改善金属镀层的物理化学特性，从而实现节约贵金属和获得功能性镀层的目的.,脉冲电镀的实质是一种通断直流电镀，具有三个可调变的独立参数:脉冲电流密度JP、导通时间Ton(或T1)关断时间Toff(或T2)直流电镀中，只有一个参数(电流密度或电位)可调。因此，脉冲电镀可为槽外控制镀层质量提供更有效的控制途径。,平均脉冲电流密度Jm与Jp间关系为：Jm=JpxTon/(Ton+Toff)脉冲电镀时，如附加一直流分量D(可正可负)，则脉冲电流的幅度M为：M=Jm(Ton+Toff)D(Ton+Toff)/Ton,方波电镀中电流的周期性变化,脉冲电镀主要依据的电化化学原理:利用电流(或电位)脉冲的驰豫作用增大阴极极化和降低阴极的浓差极化，从而改善金属镀层的物理化学特性。脉冲电镀时，电流导通后，接近阴极的金属离子充分地被沉积，使阴极附近的电镀液浓度降低而形成浓度梯度；当电流关断时，阴极附近的放电离子浓度，因扩散而得以恢复。,脉冲电镀的特点,可得到较致密的导电率高的金属沉积层；可降低金属淀积区浓差极化，可能成为提高阴极电流密度和金属淀积速度的有效途径；有利于消除氢脆和改善镀层的物理化学性质；可减少添加剂的需要；可提高金属镀层的纯度；脉冲电镀所制备的金属镀层通常具有较好的防护性能。,脉冲电镀的电路图,仪器与药品,仪器：PPS-5型多波形脉冲电镀电源一台；电阻箱一只；毫安表一只；电镀槽一个；电镀液：氯化锌：35g/L，柠檬酸：60g/L，氯化铵：235g/L，聚乙二醇（8000）：2g/L，硫脲：2g/L阳极：Zn棒(A.R.级)；阴极基体：0.16cm铁丝(侵入镀液部分长为5cm，其面积约为2.5cm2)。,指针式万用表最基本的工作原理,万用表欧姆档的正确使用,使用万用表的欧姆档时要注意：注意量项：万用表的转换开关全都放置在测量电阻的位置上。严禁带电测量：不能测量带电情形下的电阻，要在被测电阻与其他器件隔离开时进行测量。否则，由于被测电阻上电压的串入，不仅会严重歪曲测量结果，甚至可能烧毁表头。测量时注意不要用两只手同时接触万用表的测试棒导体部分，否则仪表指示值反映的是人体电阻与被测阻并联等效电阻。欧姆调零：每更换量限都要先进行零欧姆调整，将两根测试棒短接，调整零欧姆调整器使指针指向零欧姆处，然后再开始测量。选择量程：适当选择欧姆档的量限，使指示值接近欧姆表标尺的中间即欧姆中心值附近，大约0.1R10R范围较准确。（R为欧姆