实验讲义- 活度系数电极充放电

实验十七 电解质溶液活度系数的测定一、实验目的测定不同浓度盐酸溶液中的平均离子活度系数，并计算盐酸溶液中的活度。

二、实验原理将理想液体混合物中一组分B 的化学势表示式中的摩尔分数 代之以活度，即可表示真实液体混合物中组分B 的化学势。

/B B B f a x =B f 为真实液体混合物中组分B 的活度因子。

真实溶液中溶质B ，在温度T 、压力P 下，溶质B 的活度系数为：/(/)B B B a b b θϒ=其中B ϒ为活度因子（或称活度系数）。

电池：Ag ，AgC l|HCL |玻璃|试液||KCL （饱和）| 22Hg Cl Hgψ膜 L ψ（液接电势）玻璃电极 | | 甘汞电极A /gCl Agψψψ=+膜玻璃22L H /g Cl Hg ψψ=上述电池的电动势： LE ψψψ=+-玻璃Hg Cl /Hg22 （1）其中：K+0.059lg a ψ=膜（K 是玻璃膜电极外、内膜表面性质决定的常数）当实验温度为250C 时 0.11831lg LE K a ψψψ=++--AgCl/AgHg Cl /Hg220.11831lg K a =- K-0.1183lg m γ=±± （2）上式可改写为： K-0.1183lg -0.1183lg E m γ=±±即 lg (0.1183lg )/0.1183K E m γ=--±± （1）根据得拜——休克尔极限公式，对1——1价型电解质的稀溶液来说，活度系数有下述关系式 0/(/)B B B a b b γ=lg γ±=-所以 (0.1183lg )/0.1183K E m --=-±或 0.1183lg 0.1183E m K +=+或将不同浓度的HCl 溶液构成单液电池，并分别测出其相应的电动势E 值，以0.11831gmK 。

求的K 后，再将各不同浓度m 时所测得的相应E 值代入（2）式，就可以算出各种不同浓度下的平均例子活度系数γ±，同时根据22HCL a a ()H Cl a a m γ+-±±±===之关系，算出各溶液中HCl 相应的活度。

实验十观察电容器的充、放电现象实验原理实验操作注意事项图甲电容器充电图乙电容器放电电容器与电源相连，形成充电电流，随着极板电荷量的增加，充电电流减小。

电容器的正、负电荷中和，形成放电电流，随着极板电荷量的减少，放电电流减小1.连电路，按原理图连接器材。

2.单刀双掷开关S接1，观察充电现象。

3.单刀双掷开关S接2，观察放电现象。

4.关闭电源，整理器材1.电流表要选用小量程的灵敏电流表。

2.要选择大容量的电容器。

3.实验要在干燥的环境中进行。

4.在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表数据处理1.观察电流表示数变化，总结电容器充、放电电流的变化规律。

2.可将电流表换成电流传感器，由计算机绘制充、放电的i－t图像，由图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷量。

方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图像与横轴所围的面积中的方格数(大于半个的按一个方格计算，小于半个的舍弃)。

电容器充电或放电过程中电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。

3.电容器两极板之间的电压等于电源电动势，由电容的定义式C＝QU估算出电容器的电容C 。

考点电容器充、放电过程的分析例1(2023·北京市海淀区高三期末)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况，按如图1连接电路，实验时，先将开关S与1端相连，待电路稳定后，将开关掷向2端，传感器将信息传入计算机，屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的i－t图线、u－t图线。

图1(1)由图1可知，传感器2应为________传感器(选填“电流”或“电压”)。

(2)计算机屏幕上显示的i－t图线可能为下图中的______，u－t图线可能为下图中的______。

(3)结合屏幕显示的i－t图线、u－t图线信息，可以估算出________。

A.电容器的电容B.电容器储存的电荷量答案(1)电压(2)B D(3)AB解析(1)传感器2与电阻R并联，应为电压传感器。

活度系数的测定实验五电解质溶液活度系数的测定一、实验目的1、掌握用电动势法测定电解质溶液平均离子活度系数的基本原理和方法。

2、通过实验加深对活度、活度系数、平均活度、平均活度系数等概念的理解。

二、基本原理活度系数是用于表示真实溶液与理想溶液中任一组分浓度的偏差而引入的一个校正因子，它与活度a、质量摩尔浓度m之间的关系为:（1）在理想溶液中各电解质的活度系数为1，在稀溶液中活度系数近似为1。

对于电解质溶液,由于溶液是电中性的，所以单个离子的活度和活度系数是不可测量、无法得到的.通过实验只能测量离子的平均活度系数，它与平均活度、平均质量摩尔浓度之间的关系为：(2）平均活度和平均活度系数测量方法主要有:气液相色谱法、动力学法、稀溶液依数性法、溶液的平均活度系数。

其原理如下:电动势法等.本实验采用电动势法测定ZnCl2溶液构成如下单液化学电池:用 ZnCl2该电池反应为:其电动势为：（3)（4）根据: (5）（6)得：（7）式中：，称为电池的标准电动势。

可见,当电解质的浓度m为已知值时，在一定温度下，只要测得 E 值，再由标准电极电势表的数据求得，即可求得。

值还可以根据实验结果用外推法得到，其具体方法如下：将代入式（7），可得:（8）将德拜-休克尔公式:和离子强度的定义: 代入到式（8），可得：(9）可见，可由图外推至时得到。

因而，只要由实验测出溶液构成前述单液化学电池的相应电动势E值,作图,得用不同浓度的ZnCl2到一条曲线，再将此曲线外推至 m=0,纵坐标上所得的截距即为.三、仪器及试剂仪器 LK2005A型电化学工作站（天津兰力科化学电子公司），恒温装置一套，标准电池,100 ml容量瓶6只，5 ml和10 ml移液管各 1支,250 ml和400 ml 烧杯各 1 只，Ag/AgCl电极，细砂纸.试剂 ZnCl2（A。

R)，锌片。

四、操作步骤1、溶液的配制：用二次蒸馏水准确配制浓度为 1。

0 mol。

化工专业实验报告第一部分：实验预习实验名称用离子选择性电极测定混合电解质溶液中盐的活度系数一、实验预习1.实验目的1.1学习用离子选择性电极进行电解质溶液中离子活度系数测定的基本原理和方法；1.2使用Pitzer公式计算混合电解质溶液中盐离子活度系数；1.3实验测定KCl-NaCl混合溶液中KCl的活度系数并与理论值比较。

2.实验原理离子选择性电极（Ionic selective electrode，ISE）是一种电化学敏感器，具有将溶液中某种离子活度转换为电势的能力，其电势与特定离子活度的对数值之间有线性关系，次关系符合Nernst方程：E=Eθ+klna式中：E为电池的电动势，mV；Eθ为标准状态下电池的电动势；k为电极响应斜率；a 为电解质的活度。

可以使用离子选择性电极来测量电解质溶液的活度系数。

本实验用氯离子选择电极和钾离子选择电极先测定KCl单一溶液的电位值，得到电极参数后，在测定KCl-NaCl混合溶液中KCl的电位值，得到活度系数，并与Pitzer公式计算的理论值比较。

1）单一KCl溶液的测定组成如下无液接电势的电池：K+ ISE | KClaq | Cl− ISE。

其电位值为：E KCl=E KClθ+k KCl lna KCl将KCl活度系数带入下式：a KCl=(γ±KCl m KCl)2计算出活度系数a KCl，其中m KCl为KCl的质量摩尔浓度；γ±KCl为KCl的活度系数。

作出E KCl−lna KCl图，应得到一条直线，从图中求得电极参数E KClθ与k KCl。

通过Nernst方程，可以得到理论上的斜率：k=RT nF但是在实际测量中实际斜率与理论斜率相比有一定的偏差，故定义转换系数K：K=实际斜率RT/nF×100%=实际斜率25.7×100%式中条件为T=298.15K ，n=1。

2） KCl-NaCl 混合溶液测定组成如下无液接电势的电池：K + ISE | KCl −NaClaq | Cl − ISE 。

物理化学实验报告姓名：吴菲 分数：实验日期：2013.11.11 温度：19℃ 大气压：102.23KpaNaCl 在H2O 中活度系数测定一.实验目的1.了解电导法测定电解质溶液活度系数的原理。

2.了解电导率仪的基本原理并熟悉使用方法。

二．实验原理由Dehye-Hiicker 公式lgf ±= —A ·|Z +·Z -|I1+Ba o I(1) 和Osager-Falkenhangen 公式 λ=λ0 - (B 1·λ0+B 2)I1+Ba o I(2)可以推出公式lgf ±=A ·|Z +·Z -|B 1 λ0+B 2 (λ-λ0) (3)令a= A ·|Z +·Z -|B 1 λ0+B 2(λ-λ0) 则：lgf ±=a ·(λ-λ0) (4)其中：A=1.8246×106(εT )3/2 ;B 1 = 2.801×106|Z +·Z -|·q(εT )3/2·(1+I)B 2=41.25(|Z +|+|Z -|)η(εT)1/2ε—溶剂的介电常数; η—溶剂的粘度; T —热力学温度;λ—电解质无限稀释摩尔电导率; I —溶液的离子强度。

q=|Z+·Z-||Z+|+|Z-|·L++L-|Z-|·L++|Z-|L-;L+0 , L-0是正、负离子的无限稀释摩尔电导率，Z+,Z_是正负离子的电荷数。

对于实用的活度系数(电解质正、负离子的平均活度系数)γ±，则有f±=γ±(1+0.001vmM)所以lgγ±=lg f±-lg (1+0.001vmM )即lgγ±= a(λ-λ0)- lg (1+0.001vmM )(5)其中:M—溶剂的摩尔质量(g/mol) ;v一为一个电解质分子中所含正、负离子数目的总和，即v=v++v-m—为电解质溶液的质量摩尔浓度( mol/kg )。

电解质溶液活度系数的测定一 内容提要通过测定电池的电动势E ，用作图法求得电池的标准电动势，从而由公式计算不同浓度的盐酸溶液中的离子平均活度系数及活度。

二 目的要求掌握由测得的电动势值获取离子平均活度系数的一般原理与方法。

三 实验关键1．本实验中电池的电动势，存在一个平衡的问题，电动势由小到大，也需15min 左右才能稳定不变，开始时可以较大的氢气流速把管路中的空气驱尽，随后应以稳定不变的氢气流进行工作。

2．铂黑电极有较强的吸附性能．在测定很稀的溶液时，需多次用待测液淋洗，否则可能改变电池的浓度。

四 预备知识1923年Debye 和H ückel 提出了能解释稀溶液性质的强电解质离子互吸理论，此理论假定电解质是完全解离的，并认为溶液中离子之间的相互作用中，只有库仑力起主要作用，并提出离子氛的概念。

根据这一理论推导出Debye-H ückel 公式，可定量地计算电解质平均活度系数。

Debye-H ücket 公式适用于稀溶液。

在稀溶液中，离子的平均活度系数与溶剂的性质、温度、正负离子电荷数及离子强度有关。

因此，一定温度的水溶液中，离子的平均活度系数取决于溶液的离子强度及电解质的价型。

对于同一价型的电解质溶液而言，其离子平均活度系数只随溶液的离子强度而改变，与电解质的性质无关。

五 实验原理电池(一)P t ｜H 2(100kPa)｜HCl(b)｜AgCl ｜Ag(+)的电池反应为21H2(100kPa)+AgCl(s)===Ag(s)+H +(b)+Cl -(b)其电动势为)ln(-+∙-=⊕αa a F RT E E H式中 22)()(b a a a Cl H ∙==∙±±-+γ 所以±⊕--=γln 2ln 2F RT b F RT E E移项得 y F RT E b F RT E ln 2ln 2-=+⊕ 由上式可知，只要知道E 和⊕E 就可求得离子平均活度系数。

华南师范大学实验报告学生姓名冯震威学号20140010009专业新能源材料与器件年级、班级2014课程名称电化学实验实验项目铅电极在硫酸溶液中的充放电行为实验类型□√验证□设计□综合实验时间2016年5月16日实验指导老师吕东生实验评分一、实验目的1. 应用线性电位扫描和循环伏安法研究电极性能；2.掌握恒电流法的基本原理和基本操作；3.应用恒电流法研究电极的充放电行为。

二、实验原理恒电流充放电法，又称计时电势法或电流阶跃法。

一种研究材料电化学性能中非常重要的方法之一。

在恒流条件下对被测电极进行充放电操作，记录其电位随时间的变化规律，研究电位随时间的函数变化的规律。

图1.恒电流法中所施加的电流信号 图2. 恒电流法中的电位-时间响应曲线 金属Pb 是铅酸蓄电池的负极材料，它在充放电过程中的电极反应是：arg 244arg 2Disch e Ch ePb SO e PbSO -+-垐垐垎噲垐 三、实验器材CHI 电化学工作站；铂片电极；玻碳电极；Hg/Hg 2SO 4参比电极；氢氧化钠；Hg/HgO 参比电极；电解槽；7.5g/L Pb(CH 3COO)2溶液、38% (质量比) 硫酸溶液，恒温水浴锅四、实验步骤1.预处理电极，用去离子水沾湿玻碳电极后在砂纸上打磨至表面光亮，然后用去离子水冲洗干净后用滤纸擦干。

打磨铂电极至光亮，用浓盐酸洗液浸泡后擦干2.将恒温水浴锅注2/3体积的水，并将温度设定至85o C,3.将电极装进电解槽，以Hg/HgO电极为参比电极并连接电化学工作站，将电解槽放进恒温水浴锅中。

打开电化学工作站，测试开路电位为-0.6640V4.使用“阴极电位扫描法”沉积Pb。

起始电位为-0.6640V，终止电位为-2.5V，扫速为5mV/s，温度为85o C；3. 取出沉积有Pb的玻碳电极，用去离子水清洗后，以铂片电极为对电极和Hg/Hg2SO4电极为参比电极，在38% (质量比) 的硫酸溶液中测量Pb电极的循环伏安法曲线；扫描范围为- 0.8V—-1.2V，扫速为2mV/s；4. 以0.1mA的电流对Pb电极进行充电，充电时间为5min，分别以0.1mA、0.05mA和0.02mA的电流进行放电，截止电压为-0.3V。

-应用化学专业电化学与电分析化学部分实验（仅供参考）目录Ⅰ电化学 (1)电解 (1)实验一电解法制备普鲁士蓝膜修饰电极及电化学行为研究 (1)金属腐蚀与防腐 (3)实验二铁的极化曲线的测定 (3)原电池电动势 (7)实验三原电池电动势的测定和应用 (7)热力学函数的测定 (11)实验四银一氯化银电极的制备及热力学函数测定 (11)活度系数的测定 (14)实验五电解质溶液活度系数的测定 (14)电极充放电曲线 (18)实验六铅蓄电池及其电极充放电曲线的测定 (18)Ⅱ电分析化学 (20)电位分析 (20)实验七计时电流法 (20)脉冲技术 (23)实验八水中铅、镉离子的电化学检测 (23)方波技术 (26)实验九河水中铜、镉、锌方波溶出伏安法的同时测定 (26)线性扫描伏安法 (28)实验十线形扫描伏安法测定氧化锌试剂中的微量铅 (28)循环伏安法 (30)实验十一铁氰化钾在玻碳电极上的氧化还原 (30)实验十二银在氢氧化钾溶液中的电化学行为研究 (33)控制电流库仑分析 (36)实验十三控制电流库仑滴定测定未知酸的含量 (36)实验十四恒电流库仑滴定法测定砷 (38)极谱分析原理 (40)实验十五天然水中钼的极谱催化波测定 (40)实验十六单扫描极谱法同时测定铅和镉 (42)玻璃电极 (44)实验十七水中pH值的测定 (44)离子选择性电极 (47)实验十八氟离子选择性电极测定地下水中氟 (47)综合应用 (49)试验十九电化学法在聚苯胺的聚合与降解研究中的应用 (49)交流阻抗技术 (52)实验二十电化学交流阻抗检测仪器 (52)Ⅰ电化学电解实验一电解法制备普鲁士蓝膜修饰电极及电化学行为研究一、实验目的了解什么是修饰电极；掌握用电沉积法制备普鲁士蓝的修饰电极的方法。

二、实验原理化学修饰电极（chemically modified electrode）是由导体或半导体制作的电极，在电极表面涂敷了单分子，多分子的，离子的或聚合物的化合物薄膜，改变了电极界面的性质，电极呈现的性质与电极材料本身任何表面上的性质不同，通过改变电极/电解液界面的微观结构而调制成某种特性。

化工实验报告实验名称 离子选择性电极测定混合电解质溶液中离子活度系数 班级 化21 姓名 张腾 学号 2012011864 成绩 实验时间 2014.12.3 同组成员 陆言 一、实验预习 1、实验目的（1）学习用离子选择性电极进行电解质溶液中离子活度系数测定的基本原理和方法； （2）使用Pitzer 公式计算混合电解质溶液中盐离子活度系数； （3）实验测定KCl-NaCl 混合溶液中KCl 的活度系数并与理论值比较。

2、实验原理离子选择电极Ionic selective electrode ISE （，）是一种电化学敏感器，具有将溶液中某种特定离子的活度转换成一定电势的能力，其电势与特定离子活度的对数值之间具有线性关系，此关系符合能斯特Nernst （）方程：ln E E k a θ=+式中：E 为电池的电动势，mV ；E θ为标准状态下电池的电动势；k 为电极响应斜率；a 为电解质的活度。

可以使用离子选择性电极来测量电解质溶液的活度系数。

本实验采用氯离子选择电极和钾离子选择电极先测定KCl 单一溶液的电位值，得到电极参数后，再测定KCl 在KCl-NaCl 混合溶液中的电位值，得到活度系数，并与Pitzer 公式计算的理论值比较（1）单一KCl 溶液的测定用单一电解质2KCl-H O 体系组成如下无液接电池：K +ISE KCl 水溶液 Cl −ISE其电位值为：KCl KCl KCl KCl ln E E k a θ=+将KCl 的活度系数KCl γ±代入下式：2KCl KCl KCl =()a m γ±计算出活度a KCl 。

其中m KCl 为KCl 的质量摩尔浓度；γ±KCl 为KCl 的活度系数。

作E KCl −ln a KCl 图，应得到一条直线，从图中求电极参数E KCl ⊝和k KCl 。

理论上讲，电极响应斜率k 可计算得到：/k RT nF =。

实验九 活度系数的测定(一) 气相色谱法测定无限稀释溶液的活度系数【目的要求】1. 用气相色谱法测定物质的无限稀溶液的活度系数，并求出其偏摩尔混合热。

2. 了解气相色谱仪的基本构造及原理，并初步掌握色谱仪的使用方法。

【实验原理】气相色谱主要由四部分组成：1.流动相(也叫载气，如He 、N 2、H 2)。

2.固定相(固体吸附剂或以薄膜状态涂在担体上的固定液，如甘油、液体石蜡等)。

3.进样器(通常用微量注射器)。

4.鉴定器(用以检出从色谱柱中流出的组分，由记录仪将信号放大并记录在纸上成为多峰形的色谱图)。

在气-液色谱中固定相是液体，流动相是气体，固定液是涂渍在固体载体上的，涂渍过的载体填充在色谱柱中。

当载气将被气化的样品携带进入色谱柱时，样品中的各组分在色谱柱中被逐一分离，单一组分被载气推动依次流经鉴定器。

其时间与相对浓度之间的关系如图2-9-1所示。

设组分的保留时间为t r (从进样到样品峰顶的时间)，死时间为t d (从进样到空气峰顶的时间)，则组分的校正保留时间为：图2-9-1 典型色谱图 t r ′＝t r －t d (1)组分的校正保留体积为：C r r F t V ''= (2) 式中，F C 为柱温柱压下载气的平均流速。

组分的校正保留体积V r ′与液相体积V 1的关系为：g i r l i l C V C V '= (3)式中，C li 为组分i 在液相中的浓度；C g i 为组分i 在气相中的浓度。

设气相符合理想气体，则： Ci g i RT p C = (4)实验九 活度系数的测定2 而且， M x C il i ρ= (5)式中，p i 为组分i 的分压；ρ为纯液体的密度；M 为纯液体的摩尔质量；x i 为样品i 的摩尔分数；T C 为柱温。

当气液两相达到平衡时，有：i i S i x p p γ= (6)式中，p S 为组分i 的饱和蒸气压；γi 为组分i 的活度系数。

§7.4 强电解质的活度和活度系数1．溶液中离子的活度和活度系数由于阴阳离子间存在较强的静电吸引，与非电解质溶液相比，电解质溶液更容易偏离理想溶液的行为。

从理论上应如何描述电解质溶液的行为呢？原则上讲，以活度代替浓度将化学势表示为ln B B B RT a μμ=+同样适用于电解质溶液，但由于电解质的电离，使得其情况比非电解质溶液更复杂。

在电解质稀溶液中，强电解质完全电离成阴阳离子，它们的化学势可分别表示为： ln RT a μμ+++=+； ln RT a μμ---=+其中阳离子活度α+=γ+m +/m ，阴离子活度α-=γ-m -/m ，γ+、γ-和m +、m -分别是阳离子和阴离子的活度系数和质量物质的量浓度。

由于强电解质溶液由阴阳离子共同组成，其溶液总的化学势应该是各离子化学势的加和。

对任一强电解质M A v v +-：M A M A z z v v v v +-+-+-−−→+有： ()ln ln v vv v v v RT a a RT aμμμμμμ+-++--++--+-=+=++=+ (7.12)比较可知v v μμμ++--=+v v a a a +-+-=⋅ (7.13)由于单一离子的溶液不存在，故无法测定单一离子的活度及活度系数，实验测量的只能是阴阳离子共同的对外表现，为此需引入离子的平均活度a ±、平均活度系数γ±和平均质量物质的量浓度m ±，令ν++ν-＝ν，根据式(7.13)定义定义a ±为defv v va a a +-±+-===⋅(7.14)令a ± = γ± m ±/m ，将其代入(7.14)式可得()()v v v v v vm m m γγγ+-+-±±+-+-⋅=⋅⋅⋅ 所以v v vγγγ+-±+-=⋅ (7.15)v v v m m m +-±+-=⋅ (7.16)可见，离子平均活度、平均活度系数和平均质量物质的量浓度都是几何平均值。

实验一自来水中含氟量的测定一、实验目的1.了解离子选择性电极的结构与性能2.掌握氟离子选择性电极测定氟的原理及测试方法。

二、基本原理所谓选择性电极，就是该电极具有选择性地对某一离子敏感的特性，可利用此性质测定该离子的含量，其它离子不干扰测定或影响极小。

因为氟离子是电荷的传导者，所以由氟化镧单晶组成的氟离子选择性电极的敏感膜对氟离子具有高选择性。

氟化镧电极的电位与溶液中氟离子的活度a F-符号能斯特方程式：E F-=k-2.303RT/F×lga F-式中k为常数,R为气体常数,T为测定时的绝对温度,F为法拉第常数(96487库).用氟离子选择性电极与饱和甘汞电极(参此电极)组成测量电池则电池电动势为E电池=E SCE-E F-=-E F-+E液接+E不对称令K= k+E液接+E不对称E电池=K+2.303RT/F×lga F-因此,通过测量该电池电动势,可直接求出试液中氟离子的活度.如要测定氟离子的浓度,需要考虑离子强度的影响,如果控制一定离子强度,可使离子活度系数(γ)维持不变,则有E电池=K-2.303RT/FlgγC F- =K-2.303RT/F lgC F-由此通过测量电池的电极电位可直接求氟离子浓度。

采用工作曲线法测定氟离子浓度，就是配制一系列已知浓度的标准氟离子溶液，分别测定其电动势，以电动势对氟离子浓度的对数值作图，可得一直线（工作曲线）。

再在相同条件下测定自来水水样中氟电极电位，由工作曲线的拟合表达式可直接计算出水样中氟离子的浓度。

酸度对氟电极有影响，氟化镧电极适于在pH5-6间使用，为此，需用缓冲溶液调节pH值。

有些阳离子（如Al3+,F e3+等）可用氟离子生成稳定的络合物而干扰测定、为消除这种干扰，加入络合剂柠檬酸钾等来消除这些阳离子的干扰。

使用总离子强度调节缓冲液（TISAB）既能控制溶液的离子强度，又可控制溶液的PH值，还可消除Al3+ 、F e3+等金属离子的干扰。