电化学测量
《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
电化学测量方法的应用
电化学测量方法的应用。
电化学测量法是指一种利用电压检测池试剂反应后改变的电位而自动测量
和检测物质浓度的技术。
在高校和高等教育中，电化学测量方法在很多学科领域有着重要作用。
第一，在医学领域，电化学测量方法被用于检测血液中氨基酸、糖、脂肪，甚至是抗体的浓度；还可以用于血液的pH的测量，及血液中的其它有机氮的可检测，以及心电图的表示，等等，都是电化学测量法的主要应用。
第二，在环境た监控领域，电化学测量法不仅可以高灵敏度的监测大气有
害物质，固体废物、水污染物质的浓度，还可以用于地下水污染、放射性污染监测，并可作为全球气候变暖及排放污染物检测工具，以评估环境污染和污染影响等。
第三，在药物分析与生物学领域，电化学测量法用于有机化学的探究中，
有助于分析有机分子在细胞膜中的吸收，以及当药物进入细胞膜中时可能发生的反应；此外，还可用这种方法来检测口服药物、注射型药物被人体吸收和利用的情况，以及对抗病菌作用有效等；它还可以帮助鉴定微生物电解质，比如细菌碱性磷酸酶（ALKP）等。
总之，电化学测量法是无可替代的重要技术，它在高校和高等教育之中拥
有广泛的应用，它不仅是科学研究的重要工具，更可以提供更多信息以用作诊断及病理研究，同时还可以评估环境污染及影响。
未来，伴随着新材料、新试剂及新技术的出现，电化学测量技术将会进一步发展，将继续在各个领域担任重要的角色。
电化学测量的基本知识
0
RTlna FO
H
Hg2+，比较稳定，但具有较强的氧化性，应防止还原性物质对Hg2+的影响。
参比电极
④ 银-氯化银电极；
Ag|AgCl|Cl-
AgCle AgCl 0 RFTlnaCl
络合离子Ag2Cl2 不稳定 Ag+→Ag2+ (光敏性强)
Cl-、Br-和I-中，Cl-溶解度最大，所以： A g B I C r A l I g C Bl
电化学测量的基本知识
可逆电池的必要条件
(1)反应可逆 可逆电池放电时的反应与充电时的反应 必须互为逆反应.
(2)能量可逆
可逆电池所通过的电流必须为无限小.
可逆电池的电动势和电极电势
E
对任一电极反应: 氧化态 ze还原态
RT lna还RT lna氧
zFa氧
zFa还
电池电动势的测定
E IR I rI(R r)
②辅助电极形状应与研究电极相同，以实现均匀电场作用。
精确测量的注意事项
(3)参比电极电位必须稳定 温度系数小
I参 0 I参107A/cm2
精确测量的注意事项
(1)减小或消除液体接界电位 ① 被测体系与测量体系具有相同的阴离子； ② 合理选择和使用盐桥。
精确测量的注意事项
(2)减小或消除欧姆压降对电压测量的影响
Tafell公式 ablgi
极化曲线:以电流密度i 对不可逆电极的电势 ir 作图
电化学测量的基本方法：
对“未知”施加 扰动信号
扰动信号：
测量条件 的选择与控
制
得到响应信号
响应信号： 实验结果
判断分析得“已 知”
判断分析：
实验结果的 分析和解释
电化学测量考试复习题(胡会利版)
1、在金属/溶液界面上，电解质双电层是指 荷电物质和 偶极子 的定向排列。
2、当极化曲线中存在电流平台或电流极大值时，只能用 恒电势法 ；如果极化曲线中存在电势极大值或电势平台，则应选用 控制电流法 。
3特性吸附是指 即使电场不存在也能发生的吸附现象 。
4、不可逆或者准可逆表示 电荷迁移速率慢，电极表面上即使有电化学反应活性物质存在，也难以完全进行反应 。
5、背景电流包括 双层充电电流 和 杂质的氧化还原电流 。
6、汞电极有 滴汞电极、 悬汞电极、 汞膜电极、 静汞电极 和 汞齐电极 。
7、溶剂的选择主要取决于 待分析物的溶解度及活性 ，此外还要考虑 溶剂的性质 ，溶剂应不与 待分析物 反应，也应在较宽的电势范围内不参与 电化学 反应。
8、电化学极化由电荷转移步骤的 反应速率 决定，它与电化学 反应本质 有关。
9、溶液浓差阻抗用以表示Faraday 电流 与 过电势 的关系,它可以由 电流、电极电势和浓度 三者的关系式联合解得。
10、电化学三电极体系是测定单个电极极化曲线的常用的体系，其三个电极是指 研究电极、参比电极、辅助电极。
11、稳态技术常包括：伏安法、极谱法 、库仑法和强制对流法 。
12、稳态极化主要是指当 双层充电 、电荷转移、扩散传质 等三个过程达到稳定时的电极的电化学特征。
13、小幅度电流阶跃测量法有 极限简化法 和 方程解析法 。
14、浓差极化产生的原因是 反应物不断消耗 和 产物逐渐积累 。
15、用于测量 痕量金属 的溶出分析是一种非常灵敏的电化学技术，它的灵敏性取决于 有效预浓缩步骤 和 可产生非常有用的信号 。
16、电化学是研究第一类导体与第二类导体的 界面 及 界面上 发生的一切变化的学科。
17、电极过程是一种特殊的 氧化还原反应 。
18、通电时所测得的电极电势的变化一般包括三个部分，即 电化学极化过电势 、浓差极化过电势 和 电阻极化过电势。
19、浓差极化 是因为反应物粒子得不到及时的补充或产物粒子的局部聚集而造成的。
测量物质的电化学参数
测量物质的电化学参数电化学是研究化学反应中电荷转移和电流产生的学科。
电化学参数是用来描述电化学反应过程和物质电化学性质的物理量。
测量这些参数是电化学研究的基础。
本文将介绍常见的电化学参数及其测量方法。
一、电池电势电池电势是指在标准状态下，电池两极之间产生的电动势。
电池电势是衡量电池储能能力的重要指标。
电池电势的测量需要使用电位计。
电位计是一种测量电势差的仪器，由电极和电子电路组成。
常见的电位计有离子选择电极电位计、氢电极电位计和参比电极电位计等。
二、电解液电导率电解液电导率是指电解质溶液在电场作用下传导电流的能力。
电解液电导率的测量是电化学研究中常用的方法之一。
测量电解液电导率可以使用电导计。
电导计是一种测量电解质溶液电导率的仪器，由电极和电子电路组成。
常见的电导计有恒流源电导计、离子选择电极电导计和热电导计等。
三、电极电位电极电位是指一种物质（电极）与标准氢电极之间的电势差。
电极电位是描述物质电化学性质的重要参数。
电极电位的测量需要使用电位计。
在电位计中，参比电极连接标准氢电极，被测试的电极连接电压计。
通过比较参比电极和被测试电极之间的电势差，可以得到被测试电极的电位。
四、电极反应速率电极反应速率是指电极上电化学反应的速率。
电极反应速率的测量需要使用电化学工作站。
电化学工作站由电极、参比电极、计时电路和电源等组成。
电极反应速率的测量可以通过计算电极上电流的变化率来实现。
五、电极电容电极电容是指电极可以储存电荷的容量。
电极电容是描述物质电化学性质的重要参数。
电极电容的测量需要使用电容测试仪。
电容测试仪由电极、电源和电容计等组成。
通过充放电电极并测量电压的变化，可以计算出电极的电容。
六、总结电化学研究需要对物质的电化学参数进行测量。
常见的电化学参数包括电池电势、电解液电导率、电极电位、电极反应速率和电极电容等。
对这些参数的测量需要使用电位计、电导计、电化学工作站和电容测试仪等仪器。
对电化学参数的准确测量是电化学研究的基础，也是实现电化学应用的前提。
腐蚀电化学及电化学测量方法
腐蚀电化学及电化学测量方法绪在近几十年里腐蚀电化学基理研究在金属的钝化、小孔腐蚀、电化学噪声以及电化学阻抗谱等方面取得了丰硕的成果。
为解释腐蚀现象，解决生产中的实际问题奠定了理论基础。
在我们的日常生产和生活中所看到的腐蚀现象大多是电化学腐蚀，例如大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀等自然环境腐蚀和炼油装置中的常减压塔塔顶腐蚀、冷却水腐蚀、储油罐罐顶腐蚀等等，都是电化学腐蚀。
因此了解电化学腐蚀原理以及电化学研究方法是非常有用的，首先，对进一步做好防腐工作有帮助，因为缓蚀剂作用原理、腐蚀的阴极保护原理所依据的理论基础都是腐蚀电化学；其次，有助于正确选择和有效运用电化学监测手段。
下面我们共同回顾和学习一些腐蚀电化学中最为基础和与电化学监测技术紧密关联的部分，以便于在实际工作中的运用。
电化学腐蚀就是在金属在腐蚀的过程中伴随着电子的移动。
第一章、电化学腐蚀原理一、电化学腐蚀机理：电化学腐蚀机理可归纳为电池作用：绝大多数属微电池作用，如金属的自腐蚀，肉眼看不到；少数情况是宏观电池作用，如电偶腐蚀，肉眼能分辨阴阳极。
电解作用：1．微电池腐蚀如上图，工业纯锌放在稀硫酸中，在金属锌晶粒溶解的同时，有气泡在锌中杂质上形成并逸出，这种气泡就是氢气，而且在杂质与锌晶粒之间有电流流动。
此现象同Zn-Cu与稀硫酸形成的原电池作用是完全相同的，在锌电极上发生锌的溶解，在铜电极上逸出氢气泡，两电极间有电流流动。
概念：阳极：发生溶解的电极（锌或锌晶粒）阴极：另一极（铜或杂质）电极反应式：阳极：Zn Zn2++2e电子从阳极流到阴极。
阴极：H++e HH+H H2 图2 腐蚀原电池示意图图1 锌在稀盐酸中腐蚀示意图△阴阳极概念的进一步：产生电池作用的推动力是电极之间存在着电位差。
电极电位较负者为阳极电极电位较正者为阴极小结：我们把微电池的腐蚀作用看作是金属中电极电位不同的两个微观部分直接作电接触，其表面又同时与电解质溶液接触的原电池作用。
电化学测量方法
电化学测量方法学院：化学与生物工程学院专业：应用化学班级：应化0901学号：200967090125姓名：宁波电化学测量方法概述：电极电势、通过电极的电流是表征总的、复杂的微观电极过程特点的宏观物理量。
电化学测量的主要任务是通过测量包含电极过程各种动力学信息的电势、电流两个物理量，研究它们在各种极化信号激励下的变化关系，从而研究电极过程的各个基本过程。
Summary：Electrode potential, the current passing through the electrodes is the characterization of the total, complex micro electrode process macroscopical physics quantity. Electrochemical measurement of the main task is through the electrode process kinetics of various measurements contain information potential, current two physical quantities, study them in various polarization signals under the excitation of changes, thus studying electrode process of all the basic process.测量方法分类：基于电化学的测量规律、按照对应出现的时间顺序，电化学测量大致可以分为三类。
第一类是电化学热力学性质的测量方法，基于Nernst方程、电势-pH图、法拉第定律等热力学规律；第二类是依靠单纯电极电势、极化电流的控制和测量进行的动力学性质的测量方法，研究电极过程的反应机理，测定过程的动力学参数；第三类是在电极电势、极化电流的控制和测量的同时，结合光谱波谱技术、扫描探针显微技术，引入光学信号等其他参量的测量，研究体系电化学性质的测量方法。
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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(1)标定(标准化)
将K拨至N处，固定A点位置，这时Eb在RN电阻上
的电压降为Eb’，Eb’与EN进行对消，调节电阻r的大小改
变Eb’值，当Eb’恰好与EN相等时，检流计G中无电流流
过。此时： ib
Eb' RN
EN RN
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(2)测量 将K拨至X处，调节B点位置，改变Eb在RX上的电 压降Eb’’，当Eb’’与EX恰好相等时，G中无电流流过。则： 由于EN、E XRN、Eb'R' X均ib 已R知x ，ER所NN 以 R待X 测电池的电动势 EX可从上式中算出，又由于在测定过程中，EX中无电流 流过，所以测量值为待测电池的电动势，而不是电压降。 在实际测量中，为防止调节过程中电池流过大电流 对电池造成极化现象，电位差计常设计成小的工作电流， 例如UJ－25型电位差计的使用如下：
另外，构成电导池的两个电极应是惰性的(一般用 铂电极)，以保证电极与溶液之间不发生电化学反应， 且电极均镀以铂黑，以增大电极面积，减小电流密度 (i=I/A，i为电流密度；I为电流；A为电极面积)，减少极 化作用。
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电导测定方法： 1、交流电桥法
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测量时，调节R1使耳机中声音最小时，电桥即达到 平衡，这时有：
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二、电动势测量 1、UJ－25型电位差计测量原理(P51)
采用补偿法或对消法测定电池电动势，测定过程中 电路始终保持电流为零，电极及电池反应均处于平衡状 态。
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电位差计共有三个回路，分别是工作回路、标准回 路、待测回路。
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若Eb’>EN，则有向下方向的净电流，检流计光点偏向一方； 若Eb’<EN，则有向上方向的净电流，检流计光点偏向另一方； 若Eb’＝EN，则净电流为零，检流计光点位于零处。 Eb’＝ib·RN，可通过改变ib值即改变r阻值改变Eb’值。
R1 RX
R2
R3
RX
R1 R3 R2
GX
R2 R1 R3
严格地讲，交流电桥的平衡，应该是四个臂上阻抗 的平衡，对交流电来讲，电导池中的两个电极相当于一 个电容器，因此须在R1上并联一个可调电容器Ｃ，以便 实现阻抗平衡。
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2、电导率仪测量原理 电导率仪的测量原理完全不同于交流电桥法，它是 一种基于“电阻分压”原理的不平衡测量方法。
铁电极相对于饱和甘汞电极的i—V图
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2、极化曲线图形的说明 铁的极化曲线可用铁的电势～pH图解释如下：
铁电极相对于标准氢电极的电位～pH图
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铁的极化曲线中A点(-0.8V)相对应铁的V～pH图中 的A点(-0.6V)，随着电极电位变大，则Fe开始生成Fe2+, Fe2+浓度逐渐增大，生成Fe(OH)2难溶物，Fe不断腐蚀。 达到最高点B(-0.4V)后，由于电极上生成了Fe3O4氧化物， 保护了电极，金属的腐蚀迅速减弱。
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(1)标定(标准化)
调节A点位置使RN＝10000EN，其它与上同。则：
ibLeabharlann Eb' RNEN RN
0.1(mA)
(2)测量 同上。
EX
Eb''
ib RX
0.1103 RX
RX (V ) 10000
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为防止有电流持续流过 电池造成电池极化，在电 路中再加装一粗、细调按 钮，进一步减小电流密度。
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使用标准电池时须注意事项： ①使用温度范围：4～40℃；②不可震动，严禁倒
置；③正负极不能接错；④不能做电源用，使用时要极 短暂地间歇使用；⑤不能用万用表直接测量标准电池。 4、制备电极时注意事项： ①电源极性；②电流密度；③电镀液(每种电镀液均需 回收至原瓶中)。
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、
、
。
(3)测量过程中检流计光点不动的原因是
、
、
。
(4)测量过程中检流计光点恒偏向一方的原因是
、
。
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(5)若电位差计的标准回路损坏，怎样测定待测电池的 电动势？
(6)待测电池电动势测定过程中，由于某种原因使工作 电池电压突然降低，所测待测电池电动势有何偏差？
(7)能否直接用标准电池对消待测电池？ (8)电位差计配以 可以测量温度。
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3、标准韦斯顿(Weston)电池 电动势已知且稳定不变的电池，分饱和式和不饱和 式两种。 不饱和式：温度系数很小，但可逆性差，一般用于 精度要求不高的测量中。 饱和式：可逆性、重现性、稳定性好，一般用于精 密测量中，但其温度系数较大，用时须进行温度校正， 校正公式为：
Et E20 4.06 10 5 (t 20) 1.01860 4.06 10 5 (t 20)(伏)
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2、UJ－25型电位差计的使用（P53)
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电池电动势只能用电位差计测得，电压表(数字电 压表)无论内阻多大，总是有微小的电流，数值只能接 近于电动势的数值，而不能称为电动势。
实验现象判断：
(1)标定过程中检流计光点不动的原因是
、
、
。
(2)标定过程中检流计光点恒偏向一方的原因是
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此过程只有在电极电位正于其热力学可逆电位时才 能发生。当阳极极化不太大时，阳极过程的速度随着电 位变正而逐渐增大，这是金属正常的阳极溶解。
但当电极电位正到某一数值时，其溶解速度达到最 大，此后，阳极溶解速度随着电位变正反而大幅度地下 降，这种现象称为金属的钝化现象。
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在有电流通过电极时，由于电极反应的不可逆而使 电极电位偏离平衡值的现象称为电极的极化。
根据实验测出的数据来描述电流密度与电极电位之 间关系的曲线称为极化曲线。也称为伏安曲线。通过极 化曲线的测绘，可使我们对电极的极化过程以及金属的 腐蚀与保护等加深理解和认识。
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1、金属的阳极过程 金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电 势下发生的阳极溶解过程：M → Mn+ + ne
三. 碳钢在(NH4)2CO3溶液中极化曲线的测定 在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几
乎没有电流通过，每个电极或电池反应都是在无限接近 平衡状态(即准静态)下进行的，因此电极反应是可逆的， 其电势值为平衡值。
但当有电流明显地通过电池时，则电极的平衡状态 被破坏，此时电极反应处于不可逆状态，其电势值将偏 离平衡值，且随着电极上电流密度的增加，电极反应的 不可逆程度也随之增大，其电势值对平衡值的偏离也越 来越大。