物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)PPT課件

1、1 1 基本原理基本原理1.1 1.1 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率 115 115 電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定 摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)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(duì)電導(dǎo)的影響溶液濃度對(duì)電導(dǎo)的影響 115 115 電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定 當(dāng)溶液的濃度逐漸降低時(shí)，由于溶液中離子間的相互作用力減弱，所以摩爾電導(dǎo)率逐漸增大。科勞爾施根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出強(qiáng)電解質(zhì)稀溶液的摩爾電導(dǎo)率m與濃度C有如下關(guān)系0mA

2、C 對(duì)于弱電解質(zhì)，可以根據(jù)科勞爾施離子獨(dú)立移動(dòng)定律計(jì)算無限稀釋時(shí)的摩爾電導(dǎo)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(duì)電導(dǎo)的影響溶液濃度對(duì)電導(dǎo)的影響 115 115 電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定 另外，對(duì)于弱電解質(zhì)，其電離平衡常數(shù)Kc與濃度c和電離度a之間有如下關(guān)系：21ccaKa而弱電解質(zhì)體系中：0ma因此200()mcmcK 200cmcmKcK第3頁/共34頁2 2 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)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(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定 R1R2R3Rx信號(hào)發(fā)生器示波器2 . 2 在 2 5o

3、C 下 ， 測(cè)0.020mol/L的KCl 溶液的電阻，計(jì)算Kcell。2.3 分別測(cè)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(xiàng)注意事項(xiàng)3.1 3.1 注意勿打碎電導(dǎo)池，鉑黑電極不要用力擦洗；注意勿打碎電導(dǎo)池，鉑黑電極不要用力擦洗；3.2 3.2 每人四個(gè)電導(dǎo)瓶，每種電解質(zhì)溶液用一個(gè)；每人四個(gè)電導(dǎo)瓶，每種電解質(zhì)溶液用一個(gè)；0.020mol/L 0.020mol/L KClKCl溶液直接用電導(dǎo)管測(cè)定。溶液直接用電導(dǎo)管測(cè)定。3.3 3.3 電解質(zhì)溶液加水稀釋后，注意搖勻，測(cè)量前達(dá)到恒溫。電解質(zhì)溶液加水稀釋后，注

4、意搖勻，測(cè)量前達(dá)到恒溫。 115 115 電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的測(cè)定 第5頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 116 116 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定 1.1 電動(dòng)勢(shì)當(dāng)電極（金屬或其它導(dǎo)電體）插入電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極與電解質(zhì)溶液界面即有電位差產(chǎn)生，這個(gè)電位差稱作電極電位。由于不同電極性質(zhì)的差異，所產(chǎn)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(dòng)勢(shì)的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定 1.2 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)不能用伏特計(jì)直接測(cè)量。因?yàn)楫?dāng)把伏特計(jì)與電池接通后，由于電池放電，不斷發(fā)生化學(xué)變化，電池中溶液的濃度將不斷改變，因而電動(dòng)勢(shì)值也會(huì)發(fā)生變化。另

5、一方面，電池本身存在內(nèi)電阻，所以伏特計(jì)所量出的只是兩極上的電勢(shì)降，而不是電池的電動(dòng)勢(shì)，只有在沒有電流通過時(shí)的電勢(shì)降才是電池真正的電動(dòng)勢(shì)。第7頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 116 116 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定 1.2 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定對(duì)消法對(duì)消法G工作電池標(biāo)準(zhǔn)電池可調(diào)電阻，精確調(diào)控工作電路電流標(biāo)準(zhǔn)化待測(cè)電池第8頁/共34頁1 1 基本原理基本原理 116 116 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的測(cè)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(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 116 116 電動(dòng)勢(shì)的

6、測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定 2.1 連線路2.2 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池上溫度計(jì)顯示溫度，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)；并在電位差計(jì)上調(diào)節(jié)至計(jì)算值。2.3 標(biāo)準(zhǔn)化工作電路2.4 測(cè)定待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)（25oC）2.5 將恒溫槽溫度分別升到30、35、40oC測(cè)定和電池電動(dòng)勢(shì)，計(jì)算電池的溫度系數(shù)第10頁/共34頁 116 116 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的測(cè)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(xiàng)注意事項(xiàng) 116 116 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的測(cè)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(biāo)準(zhǔn)電池、工作電池、待測(cè)電池正負(fù)極正確

7、接到電位差計(jì)（正接正，負(fù)接負(fù)）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(cè)定氫陰極析出極化曲線的測(cè)定 電極極化：電極極化：電極上有（凈）電流流過時(shí)，電極電勢(shì)偏離其平衡值，此現(xiàn)象稱作極化。根據(jù)電流的方向又可分為陽極化和陰極化。過電位：過電位：實(shí)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(fù)。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(guān)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(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?通過在1M的NaOH溶液中氫在陰極析出極化曲線的測(cè)定，掌握測(cè)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(cè)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(guān)系，大都滿足下列兩個(gè)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(yīng)速率（電流密度）所需要的額外能量，此能量會(huì)轉(zhuǎn)成熱能，使得陽極運(yùn)作電位永遠(yuǎn)高于平衡狀態(tài)下的電位；陰極運(yùn)作電位

9、永遠(yuǎn)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(yīng)極化曲線電極反應(yīng)極化曲線。 極化曲線在電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和機(jī)理、化學(xué)電源、電鍍、電拋光、金屬腐蝕、電化學(xué)合成、電催化和光電催化等領(lǐng)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(cè)量極化曲線有兩種方法 : 控制電流法 控制電位法 本實(shí)驗(yàn)采用控制電流法，就是逐步改變回路中的電流大小，測(cè)量電極電位的變化情況。第17頁/共34頁 極化曲線的測(cè)量通常采用三電極的電解池，除陽極和陰極外，還有一個(gè)電極電位固定不變的參比電極，以測(cè)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(cè)量線路示意圖

10、測(cè)量線路示意圖 第19頁/共34頁 本實(shí)驗(yàn)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(zhì)溶液為1M的NaOH溶液。電極反應(yīng)為：陽極： 4OH-= O2 + 2H2O + 4e陰極： 2H3O+ + 2e = H2 + 2H2O第20頁/共34頁注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 為研究氫在陰極析出的極化曲線，應(yīng)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(kuò)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(yīng)該在實(shí)驗(yàn)前，進(jìn)行較長時(shí)間的預(yù)極化，使電極獲得穩(wěn)定的表面狀態(tài)。測(cè)量時(shí)，從大電流開始向小電流逐點(diǎn)測(cè)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(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)脈沖電鍍法制備金屬鍍層的基本原理和實(shí)驗(yàn)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(xué)在工業(yè)上的應(yīng)用。第23頁/共34頁實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 電鍍是最重要的金屬表面處理技術(shù)之一，在工業(yè)及眾多的高新技術(shù)領(lǐng)域中均有著重要應(yīng)用。 脈沖電鍍研究和應(yīng)用始于18世紀(jì)中葉，但直至本世紀(jì)六十年代，隨著電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展，脈沖電鍍技術(shù)的研究和應(yīng)用才取得了長足進(jìn)步。第24頁/共34頁 脈沖電鍍與直流電鍍的區(qū)別 : 利用時(shí)間功能作為槽外控制金屬電鍍的手段. 脈沖電鍍的優(yōu)點(diǎn): 可通過改變脈沖參數(shù)改善金屬鍍層的物理化學(xué)特性，從而實(shí)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(shí)質(zhì)是一種通斷直流電鍍，具有三個(gè)可調(diào)變的獨(dú)立參數(shù): 脈沖電流密度JP、 導(dǎo)通時(shí)間Ton(或T1) 關(guān)斷時(shí)間Toff(或T2) 直流電鍍中，只有一個(gè)參數(shù)(電流密度或電位)可調(diào)。因此，脈沖電鍍可為槽外控制鍍層質(zhì)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(guān)系為： Jm=Jp x Ton/(Ton+Toff) 脈沖電鍍時(shí)，如附加一直流分量D(可正可負(fù))，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(jù)的電化化學(xué)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(xué)特性。 脈沖電鍍時(shí)，電流導(dǎo)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(dāng)電流關(guān)斷時(shí)，陰極附近的放電離子濃度，因擴(kuò)散而得以恢復(fù)。 第28頁/共34頁脈沖電鍍的特點(diǎn)脈沖電鍍的特點(diǎn) 可得到較致密的導(dǎo)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(xué)性質(zhì)； 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(hù)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(tái)；電阻箱一只；毫安表一只；電鍍槽一個(gè)； 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(jí))；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(shí)要注意：注意量項(xiàng)：萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)全都放置在測(cè)量電阻的位置上。嚴(yán)禁帶電測(cè)量：不能測(cè)量帶電情形下的電阻，要在被測(cè)電阻與其他器件隔離開時(shí)進(jìn)行測(cè)量。否則，由于被測(cè)電阻上電壓的串入，不僅會(huì)嚴(yán)重歪曲測(cè)量結(jié)果，甚至可能燒毀表頭。測(cè)量時(shí)注意不要用兩只手同時(shí)接觸萬用表的測(cè)試棒導(dǎo)體部分，否則儀表指示值反映的是人體電阻與被測(cè)阻并聯(lián)等效電阻。歐姆調(diào)零：每更換量限都要先進(jìn)行零歐姆調(diào)整，將兩根測(cè)試棒短接，調(diào)整零歐姆調(diào)整器使指針指向零歐姆處，然后再開始測(cè)量。選擇量程：適當(dāng)選擇歐姆檔的量限，使指示值接近歐姆表標(biāo)尺的中間即歐姆中心值附近，大約0