原电池电动势的测定.doc

装 订 线实验报告课程名称： 大学化学实验（P） 指导老师： 成绩：_ 实验名称： 原电池电动势的测定及其应用 实验类型： 测量型实验 同组学生姓名： 无 【实验目的】1. 掌握补偿法测定电池电动势的原理和方法。2. 掌握电位差计、检流计和标准电池的使用方法。3. 掌握通过测量原电池电动势计算热力学函数变化值的原理、方法及其他应用。【实验原理】1. 补偿法测量电动势原理采用补偿法测定原电池电动势，其原理为：严格控制电流在接近于零的情况下来决定电池的电动势，其电路图如下：工作电流回路：工作电流由工作电池Ew的正极流出，经可变电阻RP、滑线电阻R返回Ew的负极，构成一个通路，调节RP，使均匀滑线电阻AB上产生一定的电势降。标准回路：开关SW合向Es，对工作电流进行标定。从标准电池的正极开始，经检流计G，划线电阻上的CA段，回到标准电池的负极。其作用是校准工作电流以标定AB上的电势降。调节Rp使G中的电流为零，CA段上的电势降UCA与标准电势ES相对消。测量回路：SW合向EX，从从待测电池的正极开始，经检流计G，划线电阻上的CA段，回到待测电池的负极。其作用是用校正好的划线电阻CA上的电势降来测量未知电池的电动势。在保持标准后的工作电流I不变的情况下，在AB上寻找C点使得G中电流为零，CA段上的电势降UCA与标准电势EX相对消。2. 电动势与热力学函数的关系测定某一原电池在不同温度下的电动势E，即可求得电动势的温度系数，由E和并结合下列公式计算、和。式中：z为反应的电荷数；F为法拉第常量。【试剂与仪器】装 订 线仪器： UJ-25型电位差计1台；检流计1台；惠斯登标准电池1只；3V电源1个；饱和甘汞电极1支；银氯化银电极1支； 100mL容量瓶5只；50mL酸式滴定管1支；洗瓶1只；废液搪瓷杯1只；恒温槽1套；饱和KCl盐桥和饱和KNO3盐桥。试剂： 0.200molL-1 KCl溶液。【实验步骤】本实验测定电动势的电池为：HgHg2Cl2，KCl（饱和）| KCl（c）AgClAgc=0.0100molL-1，0.0300molL-1，0.0500molL-1，0.0700molL-1，0.0900molL-1电动势的的定：1. 配制溶液：用滴定管和容量瓶，将0.200molL-1 KCl溶液分别稀释成0.0100molL-1、0.0300molL-1、0.0500molL-1、0.0700molL-1和0.0900molL-1各100mL。2. 根据补偿法原理接好测量线路，恒温槽设定温度为25。3. 校正工作电流。先读取环境温度，根据惠斯登标准电池电动势与温度的关系Et/V = 1.018625-39.94(t/-20)+0.929(t/-20)2 -0.0090 (t/-20)3+0.00006 (t/-20)410-64. 计算出环境温度下的标准电池电动势，调节标准电池的温度补偿旋钮至计算值；将开关拨至“N”处，转动工作电流调节旋钮粗、中、细，依次按下电计旋钮“粗”、“细”，直至检流计指示为零。5. 测量待测电池电动势。将电位差计换向开关指“X1”或“X2”，从大到小旋转测量旋钮，按下电计按钮，直至检流计指向零点，6个小窗口内读数即为待测电池的电动势。【数据记录与处理】1. 25.00电池电动势的测定室温：18.0； 大气压：102.00kpa。（1） 工作电流校正（18.0）：Et/V = 1.018625-39.94(t/-20)+0.929(t/-20)2 -0.0090 (t/-20)3+0.00006 (t/-20)410-6 =1.018701 温度补偿旋钮调节值：70（2） 原电池分析：HgHg2Cl2，KCl（饱和）| KCl(c)AgClAg正极（银电极）的反应为: 2AgCl+2e-2Ag+2Cl负极（甘汞电极）的反应为: 2Hg+2ClHg2Cl2+2e-E/V = +_=E（Cl/AgCl）E/V（甘汞）甘汞电极电动势E/V（甘汞）= 0.2415V-7.610-4 (t/-25)则有：25.00时E（Cl/AgCl）= E/V + 0.2415V（3）本实验中，以氯离子的浓度代替其活度表1 25电池电动势测定结果浓度（molL-1）0.01000.03000.05000.07000.0900E/V0.0926760.0715160.0596140.0499980.045465E(Cl/AgCl)0.33420.31300.30110.29150.2870Cl0.01000.03000.05000.07000.0900lnCl-4.605-3.507-2.996-2.659-2.4082. 以 E（Cl/AgCl）对lnCl作图装 订 线3. 根据图1 E（Cl/AgCl）lnCl曲线，外推得到= 0.2345V文献值为0.2222V数据来源：CRC Handbook of Chemistry and Physics，87版，20062007年。 实验误差e = 0.23450.2222/ 0.2222 = 5.5%【分析与讨论】1. 误差分析本次试验得到的标准电极电势的误差为5.5%，线性回归的相关程度较高，由于实验条件及实验要求所限，可能产生误差的原因很多，主要原因有（1） 配置的溶液浓度本身存在误差，且电极与盐桥在移动过程中会使各个溶液的浓度发生变化；（2） 按电计旋钮按的时间过长，使得电路长时间导通，电极表面极化现象会使平衡状态发生改变；（3） 甘汞电极由于使用时间较长，电动势会存在一定的误差。2. 实验中需要注意的一些问题（1） 测定过程中，选择由稀到浓的电解质溶液进行测量，且盐桥放在饱和溶液的一段不要改变，以减小对溶液浓度的影响。（2） 为了降低极化现象的影响，测量前先估算待测电动势的大小再进行调节，且注意指针分别向左右偏时是偏大还是偏小，方便调节，同时保护电路。（3） 测量前要确定盐桥与电极内没有存在气泡，使用前要先清洗。（4） 测量过程中，检流计受到冲击，应迅速按下短路按钮，保护检流计。3. 思考题（1）电位差计用来精确测量待测电动势，并调节工作回路电流、电势降；工作电源为工作回路提供电势降；标准电池用以对消待测电池电动势，使电路中无电流通过，这时测出的两极的电势差就等于该电池的电动势；检流计是检测微弱电量用的指零仪表，确定电路对消的平衡点。测量过程中，检流计受到冲击，应迅速按下短路按钮，保护检流计。使用检流计时，按按钮的时间要短，以防止过多的电量通过标准电池或被测电池，造成严重的极化现象，破坏被测电池的可逆状态。（2）测定过程中，检流计一直向一边偏转，可能是正负极接错，或者导线有断路，也有可能是工作电源电压不够或者量程不够造成，应进行检查。装 订 线（3）在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触，减免和稳定液接电位，使液接电位减至最小以致接近消除。防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。作为盐桥使用的电解质的要求：盐桥电解质不能与两端电极溶液发生化学反应；盐桥电解质溶液中的正、负离子的迁移速率应该极其接近；盐桥电解质溶液的浓度通常很高，甚至达到饱和状态。（4）可逆电池应满足如下条件: 电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。 电池中不允许存