附录三电学测量电学测量技术在基础化学实验中占有很重要的地位，常用来测量电导、电动势等参量以及极化曲线的绘制。因此了解电学测量常用仪器的原理和性能及掌握其使用方法是十分必要的。电导仪和电导率仪1.DDS-11型电导仪测量原理仪器的测量原理是基于“电阻分压”原理的不平衡测量方法。附图3-1为其工作原理图。AH稳压电源输出一个稳定的直流电压，供给SW.10RN-5[校正|整振荡器和放大器，使它们工作在稳定状态。为了X0TRB101降低极化作用引起的误差，振荡器输出高频交流917电，而且输出电压不随电导池电阻Rx的变化而接电子热压电缆电位卖让变化，从而为电阻分压回路提供一个稳定的音频（140、1100Hz）标准电压E。电阻分压回路由附图3-1DDS-11型电导仪测量原理图电导池Rx和测量电阻箱Rm组成。E加在该回路AB两端，产生一个测量电流ix根据欧姆定律：ix=E/R+Rm。由于E、Rm是恒定不变的，设定Rm<<Rx，则可得ixαc1/Rx，从而ixcGx。电导Gx的测量也就变换为电流ix的测量了。调节测量电阻箱使Rm<<Rx，当有电流ix流过Rm时即产生一电位差Em=ix·Rm，因Rm一经选定后是固定不变的，所以Emαcix。放大器将Em=线性放大后再经桥式检波输入显示仪表，由于G、i、Em一直到仪表的刻度，它们之间都是正比关系，因此仪表刻度可直接用电导值来表示。放大器输出回路里串有一只10Q标准电阻，从该电阻两端可输出一个毫伏级的电压讯号以配用电子电位差计。为扩大测量范围，在不同电导值的情况下都能保证Rm<<Rx，所以Rm设计成电阻箱式。本电导仪有1.5、5、15、50、11150、500μS及1.5、5、15、50、150mS共十一档量程。为提高测量精度，仪器置有校正器，进行测量时，在读取批示值前，先行校正。当SW拨至“校正”时，从RA、RB组成的分压器中取出EB直接送入放大器而由电表指示。调节振荡器的输出，使表针指在倒立三角形处，这样便完成了“校正”目的。仪器面板图如附图3-2和3-3所示。2.DDS-11型电导仪使用方法（1)接通电源前，先观察电表8的指针是否指零。如不指零可调表头上的螺丝，使指针指零。(2)接通电源，打开电源开关7，指示灯9亮，预热十分钟。(3)将测量选择范围旋钮5拨到所需的范围档。如不知被测液电导的大小范围，则应将旋钮置于最大量程档，然后逐档减小，以保护仪表不被损坏。(4)电导电极的选择
附录三 电学测量 电学测量技术在基础化学实验中占有很重要的地位，常用来测量电导、电动势等参量 以及极化曲线的绘制。因此了解电学测量常用仪器的原理和性能及掌握其使用方法是十分必 要的。 电导仪和电导率仪 1.DDS-11 型电导仪测量原理 仪器的测量原理是基于“电阻分压”原理 的不平衡测量方法。附图 3-1 为其工作原理图。 稳压电源输出一个稳定的直流电压，供给 振荡器和放大器，使它们工作在稳定状态。为了 降低极化作用引起的误差，振荡器输出高频交流 电，而且输出电压不随电导池电阻Rx的变化而 变化，从而为电阻分压回路提供一个稳定的音频 （140、1100Hz）标准电压E。电阻分压回路由 电导池RX和测量电阻箱Rm组成。E加在该回路 AB两端，产生一个测量电流ix,根据欧姆定律： ix=E/Rx+Rm。由于E、Rm是恒定不变的，设定 Rm<<Rx，则可得ix∝1/Rx，从而ix∝Gx。电导Gx的测量也就变换为电流ix的测量了。调节测量 电阻箱使Rm<<Rx，当有电流ix流过Rm时即产生一电位差Em=ix·Rm，因Rm一经选定后是固定 不变的，所以Em∝ix。放大器将Em=线性放大后再经桥式检波输入显示仪表，由于Gx、ix、Em 一直 到仪表的刻度，它们之间都是正比关系，因此仪表刻度可直接用电导值来表示。放大 器输出回路里串有一只 10Ω标准电阻，从该电阻两端可输出一个毫伏级的电压讯号以配用 电子电位差计。 附图 3-1 DDS-11 型电导仪测量原理图 为扩大测量范围，在不同电导值的情况下都能保证Rm<<Rx，所以Rm设计成电阻箱式。 本电导仪有 1.5、5、15、50、11150、500μS及 1.5、5、15、50、150mS共十一档量程。 为提高测量精度，仪器置有校正器，进行测量时，在读取批示值前，先行校正。当 SW 拨至“校正”时，从 RA、RB 组成的分压器中取出 EB 直接送入放大器而由电表指示。调节 振荡器的输出，使表针指在倒立三角形处，这样便完成了“校正”目的。仪器面板图如附图 3-2 和 3-3 所示。 2.DDS-11 型电导仪使用方法 (1)接通电源前，先观察电表 8 的指针是否指零。如不指零可调表头上的螺丝，使指针 指零。 (2)接通电源，打开电源开关 7，指示灯 9 亮，预热十分钟。 (3)将测量选择范围旋钮 5 拨到所需的范围档。如不知被测液电导的大小范围，则应将 旋钮置于最大量程档，然后逐档减小，以保护仪表不被损坏。 (4)电导电极的选择
电导仪附带三个电导电极，分别适用于下列电导范围：①被测液电导低于5uS时，使用光亮260型电极。②被测液电导在5μS~150mS之间时，使用镀铂黑260型电极。③被测液电导高于150mS时，使用U形电极。QQ?OCQO?Q回12业图3-2仪器正面图附图3-3仪器背面图1，2，3-电极接线柱；4-校正、测量开关：5-范围选择器；6-校正调节器：7-电源开关：8-指示表：9-电源指示灯：10-三芯话筒；11-熔丝：12-电源插孔(5)使用260型电极时，电极上同颜色的两根引线分别接在电导仪的1、2接线柱上，另一引线接在3接线柱上。使用U型电极时，两引线分别接在1、2接线柱上(6)测量时，先将开关4板向“校正”，并调节校正调节器6使指针指在电表上红色倒三角标记处。注意必须在电导池接妥的情况下方可进行校正。(7)将开关4板向“测量”，这时指针指示的读数即为被测液体的电导值。注意当开关4板向“测量”时，切勿使接线柱1、2产生短路，当被测液电导很高时，每次测量都应在校正后方可读数，以提高测量精度。（8当欲配接记录器进行自动记录时，则利用三芯话筒插与记录器连接起来，当指示满度时，便有10mV的电压输出。3.DDS-11A型电导率仪的测量原理电导率仪的测量原理也是基于“电阻分压”原理的不平衡测量方法。DDS-11A型电导率仪的工作原理图如3-1所示。为了降低极化作用引起的误差，测量讯号E采用交流电。本机振荡产生低周（约140Hz）及高周（约1100Hz）两个频率，分别作为低电导率测量及高电导率测量的信号源频率。振荡器用变压器耦合输出，因而使讯号E不随Rx变化而变化。由图可知：ERmER.m-Em=R.+RR.+k/k式中，Rx为液体电阻，即平行铂电极间溶液的电阻：k为溶液电导率；Kcell为电导池常数Rm为分压电阻。由上式可见，当E、Rm、Kcellg一定时，则Em是k的函数，所以，通过仪表显示出来，仪表刻度可直接用电导率值来表示。因为测量讯号是交流电，因而电极片间及电极引线间均出现了不可忽视的分布电容co（大约60pf），电导池测有电抗存在，这样，将电导池视作纯电阻来测量，则存在比较大的
电导仪附带三个电导电极，分别适用于下列电导范围： ①被测液电导低于 5μS 时，使用光亮 260 型电极。 ②被测液电导在 5μS~150mS 之间时，使用镀铂黑 260 型电极。 ③被测液电导高于 150mS 时，使用 U 形电极。 附 图 3-2 仪器正面图 附图 3-3 仪器背面图 1，2，3-电极接线柱；4-校正、测量开关；5-范围选择器；6-校正调节器； 7-电源开关；8-指示表；9-电源指示灯；10-三芯话筒；11-熔丝；12-电源插孔 (5)使用 260 型电极时，电极上同颜色的两根引线分别接在电导仪的 1、2 接线柱上，另 一引线接在 3 接线柱上。使用 U 型电极时，两引线分别接在 1、2 接 线柱上。 (6)测量时，先将开关 4 板向“校正”，并调节校正调节器 6 使指针指在电表上红色倒三 角标记处。注意必须在电导池接妥的情况下方可进行校正。 (7)将开关 4 板向“测量”，这时指针指示的读数即为被测液体的电导值。注意当开关 4 板向“测量”时，切勿使接线柱 1、2 产生短路，当被测液电导很高时，每次测量都应在校 正后方可读数，以提高测量精度。 (8)当欲配接记录器进行自动记录时，则利用三芯话筒插与记录器连接起来，当指示满 度时，便有 10mV 的电压输出。 3.DDS-11A 型电导率仪的测量原理 电导率仪的测量原理也是基于“电阻分压”原理的不平衡测量方法。DDS-11A 型电导 率仪的工作原理图如 3-1 所示。 为了降低极化作用引起的误差，测量讯号E采用交流电。本机振荡产生低周（约 140HZ） 及高周（约 1100HZ）两个频率，分别作为低电导率测量及高电导率测量的信号源频率。振 荡器用变压器耦合输出，因而使讯号E不随RX变化而变化。 由图可知： kkR ER RR ER E cellm m xm m m + / = + = 式中，Rx 为液体电阻，即平行铂电极间溶液的电阻；k 为溶液电导率；Kcell 为电导池常数； Rm 为分压电阻。由上式可见，当 E、Rm、Kcellg 一定时，则 Em 是 k 的函数，所以，通过 仪表显示出来，仪表刻度可直接用电导率值来表示。 因为测量讯号是交流电，因而电极片间及电极引线间均出现了不可忽视的分布电容c0 （大约 60pf），电导池测有电抗存在，这样，将电导池视作纯电阻来测量，则存在比较大的
误差，特别在0一10s·m低电导率范围里，此项影响较显著，需采用电容补偿消除之，其原理见附图3—4。信号源输出变压器的次级有两个输出信号E,及E，E，作为电容的补偿电源。E，与E的相E位相反，所以，由E，引起的电流I,流经R的方向与测量讯号I流过Rm的方向相反。测量讯号I包括通过纯电阻Rx的电流和流过分布电容Co0E：的电流。调节K6可以使I与流过Co的电流振幅5相等，使它们在R上的影响大体低消。4.DDS-11A型电导率仪使用方法附图3-4电容补偿原理图仪器面板布置图如附图3一5所示。K.C.使用方法：C.(1)接通电源前，先观察电表指针是否指O零。如不指零，可调节表头上的螺丝，使指针X.O指零。.(2)将K3扳在“校正”位置。H(3)接通电源，打开电源开关K1，指示灯ATR亮，预热数分钟（待指针完全稳定下来为止），K.X,K,KLK.将K，调到所用电极常数相应的位置上，然后调附图3-5DDS-11A型电导率仪面板图节K4使电表指示满度。Ki-电源开关：Kz-高周、低周开关：(4)为尽可能减小极化作用，使用3×K-校正、测量开关；K-校正调节；102s.m以下量程时，选用低周,将K2板向“低K-量程选择开关：K.-电容补偿调节：周”。当测量电导率在3×10-2~10S·m范围K-电极常数调节：Ci-电极插口：Cz-10毫伏输出插口：Xe-氛泡时，将K,板向“高周”。(5)将量程选择开关Ks扳到所需要的测量范围，如预先不知被测液电导率的大小，应先将其扳在最大测量档，然后逐档下降，以保护仪表不被损坏。(6)电极的使用①当被测液的电导率低于1×10-s·m时，使用DJS-1型光亮电极。这时应把K调到与此电极的电极常数相应的位置上。②当被测液的电导率在1X10-3~1S·m范围时，则使用DJS-1型铂黑电极。把K，调到与此电极常数相应的位置上。③当被测溶液的电导率大于IS·m时，则使用DJS-10型铂黑电极。这时，Kz调到与此电极常数的1/10相应的位置上。测得的读数应乘以10才为被测液的电导率。（7)将电极插头插入电极插口内，旋紧插口上的紧固螺丝，再将电极浸入待测溶液中。(8)校正：选好讯号频率后，将K3扳向校正，调K4使指示满度。注意，为了提高测量精度，当使用“×0.1S·ml”、“×1S·ml”这两档时，校正必须在电导池接妥（即电极插头插孔，电极浸入待测液中）的情况下进行
误差，特别在 0—10-5S·m -1低电导率范围里，此项影响较显著，需采用电容补偿消除之， 其原理见附图 3—4。 信号源输出变压器的次级有两个输出信 号E1及E，E1作为电容的补偿电源。E1与E的相 位相反，所以，由E1引起的电流I1流经Rm的方 向与测量讯号I流过Rm的方向相反。测量讯号I 包括通过纯电阻Rx的电流和 流过分布电容C0 的电流。调节K6可以使I1与流过C0的电流振幅 相等，使它们在Rm上的影响大体低消。 附图 3-4 电容补偿原理图 附图 3-5 DDS-11A 型电导率仪面板图 K1-电源开关；K2-高周、低周开关； K3-校正、测量开关；K4-校正调节； K5-量程选择开关；K6-电容补偿调节； K7-电极常数调节；C1-电极插口； C2-10 毫伏输出插口；XE-氖泡 4.DDS-11A 型电导率仪使用方法 仪器面板布置图如附图 3—5 所示。 使用方法： (1)接通电源前，先观察电表指针是否指 零。如不指零，可调节表头上的螺丝，使指针 指零。 (2)将K3扳在“校正”位置。 (3)接通电源，打开电源开关K1，指示灯 亮，预热数分钟（待指针完全稳定下来为止）， 将K7调到所用电极常数相应的位置上，然后调 节K4使电表指示满度。 (4)为尽可能减小极化作用，使用 3× 10-2S.m-1以下量程时,选用低周,将K2板向“低 周”。当测量电导率在 3×10-2~10S·m -1范围 时，将K2板向“高周”。 (5)将量程选择开关 K5扳到所需要的测 量范围，如预先不知被测液电导率的大小，应先将其扳在最大测量档，然后逐档下降，以保 护仪表不被损坏。 (6)电极的使用 ①当被测液的电导率低于 1×10-3S·m -1时，使用DJS-1 型光亮电极。这时应把K7调到 与此电极的电极常数相应的位置上。 ②当被测液的电导率在 1×10-3~1S·m -1范围时，则使用DJS-1 型铂黑电极。把K7调到 与此电极常数相应的位置上。 ③当被测溶液的电导率大于IS·m -1时，则使用DJS-10 型铂黑电极。这时，K7调到与此 电极常数的 1/10 相应的位置上。测得的读数应乘以 10 才为被测液的电导率。 (7)将电极插头插入电极插口内，旋紧插口上的紧固螺丝，再将电极浸入待测溶液中。 (8)校正：选好讯号频率后，将K3扳向校正，调K4使指示满度。注意，为了提高测量精 度，当使用“×0.1S·m -1”、“×1S·m -1”这两档时，校正必须在电导池接妥（即电极插头 插孔，电极浸入待测液中）的情况下进行
（9）将K扳向测量，这时指示数乘以量程开关的倍率即为被测溶液的实验电导率。（10）当用1×10或3×10s·Sm这两档测高纯水时，先把电极引线插入电插孔，在电极未浸入溶液之前，调节K6使电表指示为最小值（此最小值即电极铂片间的漏电阻，由于此漏电阻的存在，使得调节K，时电表指针不能达到零点），然后开始测量。（11）当量程开关拨在红点位置时，读表上红线刻度读数，否则应读表上黑线刻度读数。（12）如果要了解在测量过程中电导率的变化情况，把10毫伏输出接到自动平衡纪录仪即可。ALIL标准电池王二在测定电池的电动势时，需要有一个电动势-CaSo,饱和器液为已知的并且稳定不变的辅助电池，此电池称为cdso.H.标准电池，它分为饱和式及不饱和式两种。前者密可逆性好，因而电动势的重现性和稳定性均好，期状cdsoHgSO,但电动势的的温度系数较大，要做温度校正，-般用于精密测量中。后者的可逆性差，但温度系Cd聚齐Ha数小，在精度要求不高的测量中，可免除烦琐的附图3-6标准电池结构图温度较正。下面重点介绍饱和式标准电池，其结构如附图3-6所示。电池的负极为镉汞齐（含Cd5-14%），正极是Hg与Hg2SO4的糊状体，在糊状体和汞齐上面均放有CdSO4·8/H0的晶体及其饱和溶液。为了使引入的导线与正极糊状体接触得更紧密，在糊状体的下面放进少许水银。电池作用时所进行的反应是：负极：Cd（汞齐）→Cd*+2e正极：Hg2S0(s)+2e2Hg(1)+S0288H=CasO4总的反应是：Cd(汞齐）+HgzSO,(s)+H,O(s)+2Hg()33电池内的反应完全是可逆的，而且电动势很稳定。在293.15K时，E=1.01845V：在298.15K时，E=1.01832V。在其它温度时，电动势可由下式求得：E/V=1.01845-4.05X10-(T-293.15)-9.5X10-7（T-293.15）2+10-8（T-293.15）3我国在1975年提出的公式为Er/V=E(293.15K)/V-(39.94(T-293.15)+0.929(T-293.15)-0.009(T-293.15)*+0.00006(T-29315)×10%公式中，T为热力学温度。使用标准电池时应该注意（1）温度不能低于4℃，不能高于40℃。（2）正负极不能接错。（3）要平衡携取，水平放置，绝不能倒置、摇动：受摇动后电动势会改变，应静止5小时以上再用
（9）将K3扳向测量，这时指示数乘以量程开关的倍率即为被测溶液的实验电导率。 （10）当用 1×10-5或 3×10-5S·sm -1这两档测高纯水时，先把电极引线插入电插孔， 在电极未浸入溶液之前，调节K6使电表指示为最小值（此最小值即电极铂片间的漏电阻， 由于此漏电阻的存在，使得调节K6时电表指针不能达到零点），然后开始测量。 （11）当量程开关拨在红点位置时，读表上红线刻度读数，否则应读表上黑线刻度读 数。 （12）如果要了解在测量过程中电导率的变化情况，把 10 毫伏输出接到自动平衡纪录 仪即可。 附图 3-6 标准电池结构图 标准电池 在测定电池的电动势时，需要有一个电动势 为已知的并且稳定不变的辅助电池，此电池称为 标准电池，它分为饱和式及不饱和式两种。前者 可逆性好，因而电动势的重现性和稳定性均好， 但电动势的的温度系数较大，要做温度校正，一 般用于精密测量中。后者的可逆性差，但温度系 数小，在精度要求不高的测量中，可免除烦琐的 温度较正。下面重点介绍饱和式标准电池，其结 构如附图 3-6 所示。 电池的负极为镉汞齐（含Cd5-14%），正极是 Hg与Hg2SO4的糊状体，在糊状体和镉汞齐上面均放有CdSO4·8/H2O的晶体及其饱和溶液。 为了使引入的导线与正极糊状体接触得更紧密，在糊状体的下面放进少许水银。电池作用时 所进行的反应是： 负极：Cd(汞齐)→Cd2++2e 正极：Hg2SO4(s)+2e→2Hg(l)+SO4 2- 总的反应是： )(2)( 3 8 3 8 )()( 42 2 24 Cd 汞齐 + +⋅=+ lHgsOHCdSOOHsSOHg 电池内的反应完全是可逆的，而且电动势很稳定。在 293.15K 时，E=1.01845V；在 298.15K 时，E=1.01832V。在其它温度时，电动势可由下式求得： Et/V=1.01845-4.05×10-5(T-293.15)-9.5×10-7（T-293.15）2 +10-8（T-293.15）3 我国在 1975 年提出的公式为: ET/V=E(293.15K)/V-{39.94(T-293.15)+0.929(T-293.15)2 -0.009(T-293.15)3 +0.00006(T-293. 15)4 }×106 公式中，T 为热力学温度。 使用标准电池时应该注意 （1）温度不能低于 4℃，不能高于 40℃。 （2）正负极不能接错。 （3）要平衡携取，水平放置，绝不能倒置、摇动；受摇动后电动势会改变，应静止 5 小时以上再用
（4）标准电池不能作为电源使用，若电池短路，电流过大，则会损坏标准电池，一般不充许放电电流大于0.0001安培。所以使用时要极短暂地间隙地使用。（5）电池若未加套直接暴露于日光，会使去极剂变质，电动势下降。（6）不得用万用电表等直接测量标准电池。电位差测量1、电位差计原理及标准化电位差计是根据补偿法原理而设计的一种平衡式电压测量仪器。因为它能直接给出待测电池的电动势值（以伏特表示）。故电位差设计时，就规定了流过测量回路中的工作电流Iw为某一定值I。。实验时必须将流过电位差计的工作电流调整至I。，此调整操作称“标准化”。电位差计电路原理如图3-7所示。从图可知，它分为工作回路与ABCD测量回路（包括标准化回路与测量待测量电池回路）。Iw流经RN、R及R而返回EW。为了保证工作回路流过电流I.为设计时规定的I。故需用标准电池Es，通过补偿法来调整。将电键K置于“标准”的位置，根据标准电池温度调整电阻Rs，使其与标准电池电动势值相符，而后可调整调节电阻R，当检流计上无电流通过，这时工作回路上的I=I。，有下式成立：EnKTHRA(G)1992 +FDCE.EN附图3-7电位差计原理图Ew-工作电池：Ex-标准电池：Ex-待测电池：R-调节电阻（标准化用）：Rx-“测量”电阻：Rn-配合标准电池电动势用电阻；K-转换电键EN-I,XRN此过程称为标准化。然后将电键K转到“待测”的位置，接通待测回路，调整电阻Rx，使检流计无电流通过。这时电阻Rac上电压降正好与待测电池电动势相等。因工作电流在标准过程中已被标定，而电阻R是均匀电阻线，所以从电阻R刻度盘上直接读出的数值就是待测电池电动势的数值。其值为：E,=I,Rac应用对消法测量电动势有下列优点：（1）由电位差计测电动势原理可以看出，在测量过程中并不是直接精确测量工作电流I，而是通过标准化操作，使工作电流保持为lo，故只需测Rac值就可以了
（4）标准电池不能作为电源使用，若电池短路，电流过大，则会损坏标准电池，一般 不允许放电电流大于 0.0001 安培。所以使用时要极短暂地间隙地使用。 （5）电池若未加套直接暴露于日光，会使去极剂变质，电动势下降。 （6）不得用万用电表等直接测量标准电池。 电位差测量 1、电位差计原理及标准化 电位差计是根据补偿法原理而设计的一种平衡式电压测量仪器。因为它能直接给出待 测电池的电动势值（以伏特表示）。故电位差设计时，就规定了流过测量回路中的工作电流 IW为某一定值Io。实验时必须将流过电位差计的工作电流调整至Io，此调整操作称“标准化”。 电位差计电路原理如图 3-7 所示。 从图可知，它分为工作回路与ABCD测量回路（包括标准化回路与测量待测量电池回 路）。Iw流经RN、Rx及R而返回EW。为了保证工作回路流过电流Iw为设计时规定的Io故需用标 准电池EN，通过补偿法来调整。将电键K置于“标准”的位置，根据标准电池温度调整电阻 RN，使其与标准电池电动势值相符，而后可调整调节电阻R，当检流计上无电流通过，这时 工作回路上的Iw=Io，有下式成立： 附图 3-7 电位差计原理图 EW-工作电池；EN-标准电池；EX-待测电池；R-调节电阻（标准化用）； RX-“测量”电阻；RN-配合标准电池电动势用电阻；K-转换电键 EN=Io×RN 此过程称为标准化。然后将电键K转到“待测”的位置，接通待测回路，调整电阻Rx， 使检流计无电流通过。这时电阻Rac上电压降正好与待测电池电动势相等。因工作电流在标 准过程中已被标定，而电阻Rx是均匀电阻线，所以从电阻Rx刻度盘上直接读出的数值就是待 测电池电动势的数值。其值为： Ex=IoRac 应用对消法测量电动势有下列优点： （1）由电位差计测电动势原理可以看出，在测量过程中并不是直接精确测量工作电流 I，而是通过标准化操作，使工作电流保持为Io，故只需测Rac值就可以了