对物理化学电导测量电路图的改进.PDF

维普资讯 第23卷 第1期 大 学化 学 2008年2月 对物理化学电导测量 电路图的改进 马洁 邸静 初一呜 肖岭梅 李大印 周荫庄 屠淑洁 (首都师范大学化学系 北京 100037) 摘要 通过电学理论对测试溶液电导的等效电路进行分析，并在测试电导的实验条件下进行了 电化学阻抗测量，以所获得的电化学阻抗数据为依据，提出电导测量中正确的测量方法。 在物理化学和物理化学实验教材中 J，一些对电导测量所用的交流电桥电路如图1所示。 其中R 、 为交流电桥的比例臂，R，和 c为可变的标准电阻和电容，用以模拟电导池的等效电 路。测量时，调节R，和 c使之分别等于电导池等效电路的电阻和电容部分，电桥3、4两点的电 位相等，其间无讯号输出，电桥平衡。即在桥臂抵消电导电池所产生的电容用一个并联电容，使 桥臂平衡。根据电导电池的结构和电路原理，其电流流过电导池所产生的等效电路应如图2所 示。图2中c为电极的双电层电容，R为电极上电子转移电阻，R为电导电池中的溶液电阻，也 就是待测定的值。由于所测的值是该等效电路的总阻抗，为了让测得的阻抗值最接近 ，需要有 以下几个限定条件。 尺I R 图1 电导测量中的交流电桥示意图 图2 电导池等效电路示意图 (1)电导电池的电极应使用惰性电极，并用较小振幅的交流电，使电极表面不发生明显的电 化学反应，即让两电极的R一∞，形成断路，使上面的等效电路简化为图3。 (2)对于两个双电层电容所产生的容抗的影响，应用大面积的电极(一般用铂黑电极)，同时 1 采用较高频率的交流电。因为电容所产生的阻抗为Z = ，式中 为交流电的角频率，c为双 jco,~ l 电层电容值，c= ，它表示引起电极电势微小变化时所需引入电极表面的电量，从而也表征了 U ．i 界面上电极电势发生微小变化时所具备的贮存电荷的能力。因此电极的面积越大，电容值也越 ， SS 维普资讯 大。因为在实验中使用高频交流电，较大，所以由电容产生的阻抗z就很小。又因为上式是 串联电路，其总阻抗等于每个物理元件所产生阻抗之和，如果 Zc和R相比很小，可以忽略不计 的话，其等效电路就可以简化为图4，这就是所要测的溶液电阻了。 Cd 尺s Cd 尺s — [] — — [二 卜 图3 简化等效电路示意图1 图4 简化等效电路示意图2 如果电容所产生的阻抗不能小到完全忽略，则电路应该是一个与溶液电阻串联的电路。可 见，要想完全平衡掉电导池所产生的阻抗，应该用一个电阻和电容的串联电路(图5)。 为了证明电导电池在交流扰动时的等效电路，我们用EGGPARCM388对0．01mol·dm。 KC1溶液做了电化学阻抗谱。交流振幅5mV，频率范围为 l0～～l0Hz，在 25±0．1oC、开路电位 下进行测试，如图6所示。 图5 电导测量中的交流 电桥示意图 图6 电导电池的电化学阻抗图