第2章 电化学测量实验基础(rev)
《电化学测量方法》课件
活化能、离子迁移、电 荷传递速率
探索电化学反应中的活化能、 离子迁移和电荷传递速率对 反应速度的影响。
电化学分析技术
1
电位滴定分析法
学习电位滴定分析法的基本原理、适用性以及实验步骤与操作注意点。
2
循环伏安法
了解循环伏安法的基本原理、适用性以及实验步骤与操作注意点。
工业Байду номын сангаас产中的应用
深入了解电化学分析在工业生 产中的应用，如电镀、金属腐 蚀和电池制造。
总结与展望
电化学测量方法的发展历程与现状
回顾电化学测量方法的发展历程，了解当前的电化学测量技术现状。
未来电化学测量方法的发展趋势
展望未来电化学测量方法的发展趋势，包括新技术、应用领域拓展等。
3
周期伏安法
探索周期伏安法的基本原理、适用性以及实验步骤与操作注意点。
4
交流阻抗法
深入了解交流阻抗法的基本原理、适用性以及实验步骤与操作注意点。
应用案例分析
环境监测中的应用
探讨电化学分析在环境监测中 的重要应用，如水质检测和大 气污染监测。
生物医药中的应用
了解电化学分析在生物医药领 域的应用，如药物检测和生物 传感器的开发。
《电化学测量方法》PPT 课件
欢迎来到《电化学测量方法》的PPT课件！通过本课件，我们将深入了解电化 学的基础知识、电化学分析技术以及相关应用案例。准备好迎接精彩的学习 之旅吧！
电化学基础知识
电荷、电流、电势的定 义
探索电化学中最基本的概念， 包括电荷、电流和电势的定 义。
电解质、导体、半导体 的区别
应用电化学 第二章 电化学基础理论 第五节
⑵参加法拉第过程的物质的表面浓度可以通过Nernst方程与电极电势相联系。
电极反应净速度Vnet可以用传质速度Vmt表示
Vnet Vmt i
zFA
4
E. 生成新相
E. 液相传质
C. 电子转移 B. 前置转化 A.液相传质
E. 液相传质
银氰络离子阴极还原过程示意图
5
A. 电迁移
（带电粒子在电场作用下沿一定方向移动） 通过电迁移作用传输到电极表面的离子一部分参与电极反应，一部分只 传导电流，最终使电极表面附近的离子浓度发生变化。电迁流量为：
3
1.5.1. 物质传递的形式
当电荷传递反应的速度很快(电化学极化较小)，而溶液中反应物向电极表面 传递或产物离开电极表面的液相传质速度跟不上时，电极反应速度由传质步 骤控制。传质步骤是电极反应的速度控制步骤（r.d.s），在i-图上电流出现 了极限值。
⑴异相电荷传递速度快，均相反应处于平衡态。
电化学过程热力学
非法拉第过程及电极/溶液界面的性能
法拉第过程和影响电极反应速度的因素
物质传递控制反应绪论
电化学研究方法介绍
2
5
物质传递控制反应绪论
教学目的和要求： ⑴了解物质传递的三大基本形式； ⑵掌握物质稳态传递的特征； ⑶了解常用的电化学研究方法； 重点：
⑴极限电流i1的推导，氧化态Ox的浓度与电流i的线性关系； ⑵三种特殊情况下电极电位与电流i1、i的关系表达式； ⑶循环伏安法的应用。
S S C RT RT RT OX OX ln S ( ln ) ln OX S zF zF R zF R CR
13
B. 浓差极化动力学公式为：
C. 电流密度j和极限扩散电流密度jd随搅拌强度增大而增大。
《电化学基础》课件
电化学反应速率
总结词
电化学反应速率描述了电化学反应的快 慢程度，是衡量反应速度的重要参数。
VS
详细描述
电化学反应速率与参与反应的物质的浓度 、温度、催化剂等条件有关。在一定条件 下，反应速率可由实验测定，对于一些特 定的电化学反应，也可以通过理论计算来 预测其反应速率。
反应速率常数
总结词
反应速率常数是描述电化学反应速率的重要参数，它反映了电化学反应的内在性质。
详细描述
反应速率常数与参与反应的物质的性质、温度等条件有关。在一定条件下，反应速率常数可以通过实验测定，也 可以通过理论计算得到。反应速率常数越大，表示该反应的速率越快。
反应机理
总结词
电化学反应机理是描述电化学反应过程中各步骤的详细过程和相互关系的模型。
详细描述
电化学反应机理可以帮助人们深入理解电化学反应的本质和过程，从而更好地控制和优化电化学反应 。不同的电化学反应可能有不同的反应机理，同一电化学反应也可能存在多种可能的反应机理。 Nhomakorabea05
电化学研究方法
实验研究方法
01
重要手段
02
实验研究是电化学研究的重要手段，通过实验可以观察和测量电化学 反应的过程和现象，探究反应机理和反应动力学。
03
实验研究方法包括控制电流、电位、电场等电学参数，以及观察和测 量电流、电位、电导等电化学参数。
04
实验研究需要精密的实验设备和仪器，以及严格的操作规范和实验条 件控制。
01
02
03
电池种类
介绍不同类型电池的制造 过程，如锂离子电池、铅 酸电池、镍镉电池等。
电池材料
阐述电池制造过程中涉及 的主要材料，如正负极材 料、电解液、隔膜等。
第二章 电化学热力学ppt课件
Chapter 2 Electrochemical Thermodynamics
•§2.1 相间电位和电极电位 •§2.2 电化学体系 •§2.3 平衡电极电位 •§2.4 不可逆电极 •§2.5 电位－pH 图
.
重点要求 Key requirements
相间电位的概念和类型
给定电极发生还原反应（阴极）时， 该电极电位为正值； 给定电极发生氧化反应（阳极）时， 该电极电位为负值。
.
液体接界电位（扩散电位）j
Liquid junction potential——diffusion potential
➢ 定义：相互接触的两个组成不同的电解质溶液之 间存在的相间电位。
➢ 形成的原因：由于两溶液相组成或浓度不同， 溶质粒子将自发的从高浓度向低浓度的相迁移， 就是扩散的作用。正负离子运动速度不同在相 界面形成的双电层，产生一定的电位差。
A 被测体系
电位测量装后WE电 位变 化，需 RE
辅助CE 研 WE
参RE
.
三电极体系与两回路
电解池
V
R大
CE
RE 测量回路
WE
E
极化回路
经典恒流法测量电路
.
三电极
工作电极（Working Electrode 标准缩写 WE） 又称研究电极或指示电极（IE）
辅助电极（Auxiliary Electrode 标准缩写 AE ） 又称对电极（Counter Electrode CE ）
➢ 外电位差： BABA ➢ 内电位差： BABA ➢ 表面电位差： BABA
➢ 电化学位差： BiA＝iBiA
.
金属接触电位
Metal contact potential
电化学实验报告
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。
《电化学基础 》课件
电化学基础是研究电化学原理与应用的基础知识。电化学研究从化学反应中 产生电压、电流和电功率之间的相互作用，为科学和工业界提供了广泛的应 用。
定义
1 电化学
电化学是研究电流、电 势和电解过程中化学反 应的分支领域。
2 电感耦合
一个电子器件、传感器 或转换器用磁性耦合原 理将信号从一个电路传 送到另一个电路。
应用案例
1
节能灯
电化学领域的典型应用之一，催化层的材料选择是节能灯的成本决定因素。
2
肝素
肝素制备的中间体是一种糖，用电化学方法可以制备这种糖。
3
锂离子电池
锂离子电池正极材料由氧化物和其他元素经过多次烧结制备而成。
学习方法
1 精读重点内容
化学和物理的基础课程 是学习电化学重要的基 础。
2 参加相关学术会议
电化学池
可控制体系内离子的浓度，以适用于电化学 研究。
扫描电子显微镜
可通过成像和分析的手段观察样品形态、尺 寸、形貌等信息。
反应动力学
反应速率
电极反应性能
电化学反应速率可能受到温度、 电流密度、电极表面等因素的 影响。
电极表面材料和形貌会影响反 应动力学。
动力学基础
对电分析反应进行研究，可为 其他电化学研究领域提供理论 基础。
3 电池
一种能将化学能转化为 电能的设备。
重要性
能源
电化学研究为制造更高效、更 环保的能源提供了理论基础。
医学
电化学技术在医学领域中有潜 在的广阔应用领域。
电子产品
电化学原理及材料，如半导体、 电容器等，应用广泛于电子产 品中。
交通运输
电化学技术正在推动电动汽车 和混合动力汽车的发展。
第2章-电化学分析概论.
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。
电化学测量方法期末总结
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。
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2.3 研究电极（Work Electrode）
• 要求：高的信噪比和重现性。 • 选择要考虑的因素： 电势窗、电导率、表面重现性、机械性能、成本、可 获性、毒性等。
• 分类
• 以研究电极本身的电化学特 性为目的的研究电极；
• 以研究溶解于溶液中的化学 物质，或是从外部导入的某 气体的电化学特性为目的的 研究电极，惰性电极(inert electrode) 。
2.3.2 碳电极
• 是指以碳质材料为主体制成的电极的总称 特征 • 低的背景电流、丰富的表面、低成本、化学惰性； • 碳电极的初始结构和处理过程对表面活性影响很大； • 具有不同的边角／平面比的电极表面电化学特性不同； • 边角取向性强的电极其背景电流也高； • 碳的类型和预处理方法对电极特性有很大的影响。 常用的有 • 石墨电极（graphite electrode）、玻碳电极（glaasy carbon electrode）、碳糊电极（Carbon-Paste electrode）、 碳纤维电极（carbon fiber electrode）、碳纳米管、富勒 烯及其衍生物等、碳修饰电极。
AgCl(s) e Ag(s) Cl RT AgCl AgCl ln aCl F
• 电解法制备：将银丝用丙酮除油， 3mol/L HNO3溶液浸蚀，后在0.1mol/L HCl中阳极电解，氯化，电解的阳极电流 密度为0.4mA/cm2，30min。氯化后的氯 化银电极呈淡紫色。 在高温下较甘汞电极稳定，但对溶液内的Br-敏感。 应避免电极直接受到阳光的照射。 酸性溶液中的氧也会引起氯化银电极电势的变动。
mA CE
B
RE WE
E
三电极体系示意图 极化回路 测量回路
电势测量的误差
mA CE
RL or RΩ
B
RE WE
E
三电极体系示意图 极化回路 测量回路
电势测量的误差
减小溶液电阻的方法
• • • • • 使用鲁金毛细管 恒电势仪补偿法 电桥线路补偿法 断电法 加入支持电解质
2.2.2 支持电解质（Supporting Electrolyte）
2.6 盐桥
• 盐桥溶液内阴阳离子的扩散速度应尽量相近，且溶液浓度 要大。 • 盐桥溶液内的离子，必须不与两端的溶液相互作用。 • 利用液位差使电解液朝一定方向流动，可以减小盐桥溶液 扩散进入研究体系溶液或参比电极的溶液内。
4
8 7
6 1 2 3 5
1-研究体系；2-研究电极； 3-鲁金毛细管；4-盐桥； 5-多孔烧结玻璃或石棉绳； 6-中间溶液；7-参比体系溶液； 8-橡皮帽
HgO(s) H2O 2e－ Hg 2OH
磨口上盖
HgO
HgO
RT ln aOH F
导线
• 氧化汞电极只适用于 碱性溶液。
• 在碱性不太强（pH<8） 的溶液中会发生下列 反应 Hg Hg2 Hg2 2
KCl
氧化汞 汞
盐桥
铂丝
2.5.1 水溶液中常用的参比电极-氯化银电极
第2章 电化学测量实验基础
2.1.2 三电极体系
• 研究电极，也叫 工作电极，要求 具有重现的表面 性质，如电极的 组成和电极的表 面状态。 • 辅助电极，也叫对电极，它只用来通过电流以实现研 究电极的极化。 • 参比电极，是测量电极电势的比较标准，具有已知且 稳定的电极电势。
2.1.3 两回路
2.4 辅助电极
对辅助电极的要求
• 辅助电极的作用，它和研究电极组成极化回路，要求辅助 电极本身电阻小，并且不易发生极化。 • 辅助电极一侧的反应物不影响研究电极。 • 考虑电解池电极的放置问题。
2.5 参比电极
• • • 理想的参比电极是不极化电极。 参比电极要有很好的恢复特性。 参比电极要有良好的稳定性。温度系数要小，电势随时 间的变化小。 电势重现性好。不同的人或多次制作的同种参比电极， 其电势应相同。每次制作的各参比电极稳定后其电势差 值应小于1mV。 电极的制作、使用和维护简单方便。 要求准确测量电极电势时，还要求参比电极是可逆的， 它的电势是平衡电势，符合Nernst电极电势公式。 在快速测量中要求参比电极具有低电阻，以减少干扰， 提高系统的响应速度。
扩散层中电场对传质速度和电流的影响
支持电解质的作用
• • • •
减小溶液电阻，减小 1效应； 有效地消除电活性物种的电迁移现象； 减小WE和CE间的电阻，避免过量的Joule热效应； 有助于保持均一的电流和电势分布。
支持电解质的必备条件
①在溶剂中要有相当大的溶解度； ②保持电化学惰性，电势窗大； ③不与体系中的物质或者电极反应有关的物质发生反应； ④对电极表面无特性吸附。
（2）辅助电极的形状与安放 • 辅助电极相对于研究电极的位置直接影响研究电极表面的 电流分布均匀性。 • 电解池的研究电极和辅助电极必须分得较开。有时研究电 极部分和辅助电极部分可用磨口活塞或烧结玻璃隔开，以 避免电极反应产物之间的影响。
（3）参比电极及鲁金毛细管位置。 • 研究电极与参比电极的鲁金毛细管口之间，由极化电流和 这段溶液电阻引起的欧姆电势降，造成电势测量误差。 • 减小欧姆电势降最常用的办法是采用鲁金毛细管，使其尽 量靠近研究电极表面，以缩短距离l。 • 毛细管必须十分细，外径0.01～0.05cm。鲁金毛细管口离 电极表面的距离不小于毛细管口的直径。这样不但免于造 成屏蔽效应，又可降低欧姆电势降。
2.5.1 水溶液中常用的参比电极-硫酸亚汞电极
Hg2SO4 (s) 2e
Hg SO Hg SO
2 4 2 4
2 SO4 2Hg
RT ln aSO2 4 2F
Hg2SO4在水溶液中易水解，且其溶解度较 大，所以其稳定性较差。
2.5.1 水溶液中常用的参比电极-氧化汞电极
2.3.3 汞电极
• 在－39～356℃的温度范围内是液体 • 氢过电势大
• • • • •
滴汞电极（dropping mercury electrode，DME） 悬汞电极（hanging mercury drop electrode，HMDE） 汞膜电极（mercury film electrode, MFD） 静汞电极（static mercury electrode, SMD） 汞齐电极（amalgam electrode）
2.7 溶液除氧
在某些研究中，由于溶解氧将使得电势窗口变小 。 • 常采用电化学惰性气体鼓泡的方法去除溶液中的氧。 • 常用高纯度的干燥氮气或者氩气等作为鼓泡的气体。 • 在进行大气腐蚀之类的研究时，溶解氧作为电活性物质 则不应该去除。
2.8 电解池与实验体系
2.8.1 电解池的材料 2.8.2 电解池的设计 （1）电解池的大小（容量） • 电极面积的大小主要根据研究目的、设备条件（如恒电势 仪的输出功率）等因素综合考虑。 • 电极面积与溶液体积之比。一般控制在1cm2/50mL溶液以 下。对于要求实验过程中溶液本体浓度保持不变的情况， 电极面积与溶液之比要更小一些。用的参比电极-氢电极
氢电极的可逆性好，电势重现性甚佳。优质氢电极的电势 能长时间稳定不变，测量误差不超过10μV。
H2
2H 2eH2 2OH
H2
2H2O 2e
aH RT ln( 1 ) F PH2 2
H 0.059pH
2
2.5.1 水溶液中常用的参比电极-甘汞电极
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2.5.1 水溶液中常用的参比电极
合理选用 • 氢电极可逆性非常好，电势稳定性好，但制备困难，使用 不太方便，而且容易被许多阴离子和有机化合物中毒。 • 饱和甘汞电极操作方便、持久耐用，其应用很广，但对温 度的波动较敏感，且存在氯化物。 • 常使用同种离子溶液的参比电极。 • 在酸性溶液中最好选用氢电极和甘汞电极。 • 在含有氯离子的溶液中最好选用甘汞电极和氯化银电极。 • 在碱性溶液中，应选用氧化汞电极。 • Ag/AgCl电极溶液中Ag+浓度较大，如研究体系对银离子特 别敏感，则应采用盐桥使之隔开。
• • • • • • • • • • 若被测溶液中不允许含有氯离子，应避免直接插入SCE。 甘汞电极不宜用在强酸或强碱性介质中。 不能与汞、甘汞以及KCl起反应的物质接触。 使用前，先将电极侧管上的小橡皮塞取下。 电极中氯化钾溶液的液面高于待测溶液的液面。 对于要求高的实验，甘汞电极需在恒温下工作。 每隔一定时间，应用电导仪检测一次电极内阻。 电极内液面应浸过电极内管管口，并驱除弯管内的气泡。 在饱和甘汞电极中应保留少许氯化钾晶体。 保持甘汞电极的清洁，不得使灰尘或局外离子进入该电极 内部。