实验讲义-电解池、交流阻抗技术

电解槽和电极一、实验目的理解电解槽的结构。掌握电极等主要组件的安装技术。了解影响测量精度的主要因素和解决方法。二、实验原理电解槽的结构和电极安装对电化学测量有很大影响，是电化学测试中非常重要的一部分。1.电解槽设计安装中应考虑的因素(1)容易准确测量研究电极的电位。为此，除电流很小(0.1毫安)外，所有实验都要使用三电极电解槽。为了减少溶液欧姆电压降对电位测量和控制的影响，必须将鲁金毛细管与基准电极连接起来，鲁金毛细管的位置必须适当。有通过极化测量、电解池的电流。因此，溶液各点到研究电极的电位下降是不同的。如图1-1所示，根据鲁金毛细管端口的位置，测量的研究电极电位不同。因为研究电极和基准电极的鲁金毛细管口之间极化电流和该溶液的电阻引起的欧姆电位的下降附加到测量或控制电位，从而引起误差。鲁金毛细管端口应尽可能接近电极表面。但是，如果鲁金毛细管入口无限接近研究电极表面，则该电极表面的电力线将被切断，如果该溶液的对流情况发生变化，则实验结果可能扭曲。因此，毛细管必须非常精细，例如外径0.010.05cm。鲁金毛细管端口与电极表面的距离不小于毛细管直径。这样不仅可以防止屏蔽效果，还可以减少欧姆电位下降。在偏振测量中，鲁金毛细管的位置也很重要。对于平面电极，边缘部分的电力线分布不均匀，必须放置在电极中央。对于汞液滴等球形电极，毛细管端口应放在球形电极的侧面，并减少对电流分布不平衡的影响。使用卢金毛细管不能解决极薄的溶液或低电导溶液和高电流中的极化测量问题，需要其他方法来减少溶液欧姆电位的影响，例如使用运算放大器、桥平衡电路或截止电流方法补偿电阻。(2)研究电极表面电流密度应均匀分布，电位分布也应均匀。为此，必须根据电极的形式和安装方法，正确选择辅助电极的位置。实验中，辅助电极表面通常会产生氧化和还原的产物，例如在以铂为辅助电极的表面，氢或氧经常析出，这些物质溶解在溶液中，扩散到研究电极表面，通过电化学反应影响测量结果。要减少这种效果，电解槽的研究电极和辅助电极必须分布得更广，有时为了避免辅助电极反应产物的影响，可能会被磨石活塞或烧结玻璃分开。通常使用大面积的辅助电极，以防止在试验过程中辅助电极发生重大变化。(3)电解槽的体积要适当，要考虑电极面积的大小和电极面积与溶液体积的比例。电解槽体积太大，溶液消耗太多，造成浪费。体积太小，在长时间内正常状态极化测量中，溶液组成会发生很大变化，影响实验结果。但是快速测量几乎没有影响。常用水溶液的参考电极参考电极的作用是测量电极电位的“基准”对象，它直接影响电位测量或控制的稳定性、再现性和准确度。必须根据特定的测量系统合理选择参考电极。(1)汞电极，Hg | hg2cl 2 | KCl溶液汞电极是中性至酸性介质中最常用的参考电极，电极反应为Hg2Cl2 2e-=2Hg 2Cl-饱和汞电极=0.2438V(25)(2)汞-硫酸汞电极，Hg | hg2so 4 | so42-汞-硫酸盐汞电极经常用作硫酸系统中的参考电极，电极反应为Hg2 SO4 2e-=2hg so42-=0.6158v(25)Hg2SO4在水溶液中溶解度大，导致电极稳定性差。(3)氧化汞电极，Hg | hgo | oh-汞-氧化汞电极是碱溶液系统中常用的参考电极，例如HgO H2O 2e-=Hg OH- =0.1100 V (25)(4)银氯化银电极，ag | AgCl | cl-银-氯化银电极具有很好的电极电位再现性，是常用的参考电极。AgCl e-=Ag Cl-=0.2224v(25c，1mol/L KCl)3.盐桥实验用溶液与参考电极溶液不同时，盐桥通常将参考电极与研究电极连接起来。盐桥有两个作用。一是减少液体边界电位(液体边界电位尚未正确测量和计算)，二是防止和减少溶液污染。最常见的盐桥是倒u形管，装满盐溶液，管道两端分别连接到两种溶液，见图1-3。盐桥溶液的选择应如下：(1)溶液中阴阳离子的扩散速度要尽可能接近，溶液浓度要大。这样界面上主要是盐桥溶液向对方扩散，阴阳、阳离子的扩散速度差异小，很少发生液体边界电位。两条腿两端的两个液体边界电位在相反的方向抵消，从而导致原始溶液之间的总液体边界电位大幅减少或忽略。常用盐桥溶液为饱和KCl和NH4NO3水溶液。在有机电解质溶液中，可以使用四乙胺微酸溶液或高氯酸盐溶液。(2)盐桥溶液中的离子不应与两端溶液反应。也不能污染或干扰正在测量的系统或基准电极。(3)要尽量减少被注射的溶液、盐桥溶液和基准电极溶液之间的相互污染，必须降低盐柱内溶液的流动速度和离子扩散速度。有没有不用凡士林润滑剂而使用玻璃磨损活塞的盐桥，也有两端用多孔烧结玻璃或多孔陶瓷密封的盐桥，最简单的是用湿卷轴滤纸塞子做的。在盐桥内溶液中添加琼脂形成凝胶型电解质，也可以抑制溶液的流动。这种盐桥电阻小，制作方便，但不能用于强酸、强酸、强酸或有机电解质。由于琼脂微溶解，也不能用于吸附研究。为了减少盐桥溶液扩散到研究系统或参考电极溶液中，也可以使用液面差将盐轴的电解质流入中间容器，如图1-3所示。其中，中间容器的溶液等于饱和KCl或参考电极内的溶液，其液体水平低于研究系统溶液的液体水平。因此，通过“虹吸”现象，研究系统的溶液必须通过可注入研究系统的溶液流入中间容器。取下参考电极的橡胶塞可以使参考电极的液体水平提高到中间容器的液体水平，并缓慢流向中间容器，从而防止参考电极和研究系统之间的溶液相互污染。图1-3使用电平差异来防止参考电极和研究系统溶液的相互污染1-研究系统溶液2-研究电极3-松香毛细管4-多孔烧结玻璃5-中间容器6-多孔陶瓷7-参考电极8-橡胶帽二、实验设备和试剂(1)实验仪器：三电极系统和电解槽、鲁金毛细管、天平、倒u型玻璃管(2)实验药物：固体KCl、琼脂、环氧树脂和固化剂三、实验阶段1.熟悉三电极系统和电解槽的安装(1)常用金属电极的设计和制作。(2)根据电极使用条件，选择环氧树脂和合适的固化剂封装电极。(3)安装三电极系统电解槽。2.盐桥生产(1)在热水中加入3%至4%的粉末。溶解后添加所需数量的实体KCl。(2)溶解后冷却前注入或吸入盐腿玻璃管。冷却后形成不流动的凝胶。(3)将制成的盐桥保存在饱和KCl溶液中。交流阻抗技术实验20电化学交流阻抗检测设备一、实验目的1、了解电化学交流阻抗原理2、学习使用阻抗技术检测电化学工作站设备。二、实验原理电化学阻抗谱是一种具有小振幅(5mV)的交流信号扰动电解槽的电化学测量方法。是测定电极工艺力学、电极表面现象及固体电解质电导率的重要手段。阻抗谱包括Nyquist图、导纳图、多个电容器图、Bode图和Warburg图。其中，Nyquist图是阻抗虚拟-Z”，表示阻抗的实际部分Z”的图。阻止的复平面(Nyquist)图复合元件(RC)的阻抗复合平面(RC)的导纳复合平面三、实验设备LK2006A电化学工作站(天津兰利克化学电子有限公司)；Rc电路四、测试项目交流阻抗测试条件：检测方法：电化学交流阻抗测量系统的“阻抗-频率扫描法”；电子元件使用：RS(RPCd)电阻电路，其中RS=2k，RP=10k，CD=2f；交流阻抗测试的电阻原理图参数设定：电位：0mV；交流幅度：10mV；最大频率：2000Hz；最小频率：0.2Hz；