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库仑计

库仑计(coulometer)又称“电量计”。一般指利用电流的化学作用测量电量和电流的仪器,由阴、阳两电极电解液组成。当数值稳定的直流电通过时,在阴极上就有阳离子物质析出。

库仑计主要应用于测量电量和电流强度,还可利用库仑计检测法测定出材料的氧气透过率。常见的有银库仑计、氢氧库仑计、氢氮库仑计、电子积分式库仑计等。库仑计的种类在不断更新,比如自动滴定微库仑计,它具有快速、灵敏、准确的特点,被广泛应用于石油化工领域和环境监测领域。现代仪器多采用积分运算放大器库仑计或数字库仑计测定电量。

原理

库仑计是利用电流的化学作用测量电量和电流的仪器。当数值稳定的直流电通过时,在阴极上就有阳离子物质析出,由电解出来的物质的量计算通过溶液的电量,即库仑计的原理。

基本构造

库仑计主要由阴、阳两电极电解液组成。

气体库仑计是较易得到、使用方便的一种库仑计。以气体库仑计为例,它的构造主要有硬质玻璃制成的电解管,可收集氢氧混合气体(相当于500库仑左右的电量);恒温套筒,筒中盛水及温度计,供保持电解所产生的气体恒温用;两个铂电极,电解管中通常盛0.5M的K2SO4(或Na2SO4)溶液;量气管,用橡皮管使它与电解管相连。库仑计的两极串联于电解电路中时,电解电流将通过电解管而使等当量的氢、氧混合气体析出,并通过测量被置换的液体体积的方法测量它们的总体积。

常见分类

银库仑计

银库仑计(重量库仑计),是利用称量硝酸银溶液在铂阴极上析出金属银的质量来测定电荷量的。

滴定式库仑计

滴定式库仑计是用标准溶液滴定库仑池中生成的某种物质,然后计算通过电解池的电量。例如用银丝作为阳极,铂片作为阴极,在圆形玻璃器显中充以0.03mol/L KBr+0.2 mol/L K2SO4进行电解,其反应如下:

阳极反应:

阴极反成:

生成的OH-用0.01mol/L HCI标准溶液漓定至pH=7.0,根据消耗的 HCI的量即可计算出生成的OH-的量,从而计算出通过电解池的电量。这种库仑计装置简单,准确度也较高。测定10C的电量,准确度可达±0.1%;测定0.1C的电量,准确度可达±1%。

碘式库仑计也是滴定式库仑计的一种,在两个相连的玻璃器皿中各放置一根螺旋状铂丝,分别作为阳极阴极。以0.5mol/L KI为电解液,在电解过程中碘离子在阳极上氧化生成I2。电解结束后,放出阳极区的I2溶液,用标准Na2S2O3溶液进行滴定,根据消耗的Na2S2O3的量可计算出生成的I2的量,从而计算出通过电解池的电量。这类库仑计的准确度可达±2%。

气体库仑计

气体库仑计可以根据电解时产生的气体体积来直接读数,使用较为方便。气体库仑计是将一支刻度管用橡胶管与电解管相接,电解管中焊接两片铂电极,管外装有恒温水套。常用的电解液是0.5mol/L K2SO4或Na2SO4,通过电流时,在阳极上析出氧,阴极上析出氢。在标准状况下,1法拉第电量产生11.200L氢气和5.600L氧气,共产生16.800L气体,即每库仑电量相当于析出0.1741ml 氢氧混合气体。电解前后刻度管中液面之差就是氢、氧气体的总体积。在标准状态下,每库仑电荷量析出0.1742mL氢、氧混合气体。这种库仑计使用简便,能测量10C以上的电量,准确度可达±0.1%,操作方便,但灵敏度较差,是早期最常用的一种库仑计,也称为氧氧库仑计。

电子积分库仑计

电子积分库仑计可用电流积分的方法直接指示出电荷量。据此构成的电流积分库仑计(电子式库仑计)可直接显示电解过程中消耗的电荷量。

特征数据

应用领域

库仑计主要应用于测量电量和电流,还可利用库仑计检测法测定出材料的氧气透过率。

库仑计检测法

在试验中,利用试验样品将渗透隔腔隔离成两个独立的气流系统,使用两种气体:一种是标准气体(干燥氨气),另一种是确定透过量的试验气体(纯氧或含氧气体)。试验样品两边压力相等,但氧气分压不同,即对于试验气体,试验样品两边存在一个分压差,而对于总压,试验样品两边是相等的,故这种方法称作等压法、或库仑计检测法、电量分析法。在氧气浓度差作用下,氧气透过薄膜并被氮气流送至传感器中,由传感器精确测定出氮气流所携带的氧气量,从而测定出材料的氧气透过率。

发展趋势

库仑计的种类在不断更新,比如自动滴定微库仑计,它是一种新的库仑滴定方法,它具有快速、灵敏、准确的特点,被广泛应用于石油化工领域和环境监测领域。现代仪器多采用积分运算放大器库仑计或数字库仑计测定电量。数字库仑计由单片机控制进行电量检测,能即时以数字显示电量,并能对电量、时间进行预置测量。

参考资料

..2024-03-26