原电池电动势及溶液pH值的测定.ppt

原电池电动势及溶液pH值的测定 一、目的要求： 1、测定铜锌原电池的电动势。 2、用电动势法测定溶液的pH值。 3、掌握电位差计测量电池电动势的原理及使用 方法。 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 电池由两个电极组成。在电池反应中，进行氧化反应的是负极， 进 行还原反应的是正极,以铜-锌电池为例，它可以表示为： Zn IZnSO4(a1)lI CuSO4(a2)lCu 负极反应为：ZnZn2+2e 正极反应为：Cn2+2e Cu 总电池反应：Zn+Cu2+ Cu+Zn2+ 其电动势的大小与电极性质及溶液中相关离子的活度的关系可由 能 斯特公式求得： 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 原电池的电动势是在原电池的各相间没有带电 粒子的转移时各相间电势差的总和， 也就是原 电池的开路电压。所谓“开路”，实际上就是在测 定时没有电流通过原电池。作为一种近似处理, 完全消除了液接的电池可以按可逆电池对待。 因此,电动势的测定必须在可逆条件下进行,否则所得 电动势没有热力学意义。可逆必须满足：1）电极反 应可向正反两个方向进行；2）不论是充电还是放电 ，所通过的电流必须十分微小，电池在接近平衡态 下工作。可逆电池电动势与参与平衡的电极反应的 各溶液活度之间的关系完全由该反应的能斯特方程 决定。 不能用伏特计直接测定,因为电池与 伏特计相接后,便构成了回路,有电 流通过,发生化学变化、电极被极化 、溶液浓度改变、电池电势不能保 持稳定。且电池本身有内阻，伏特 计所量得的电势降不等于电池的电 动势。 对消法可在电池无电流通过 时测得其两极间的电势差， 即为该电池的电动势。 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 可使用电位差计测量原电池的电动势，电位 差计的原理为对消法。电路基本原理图如下 ： 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 n由此可知，用补偿法测量电池电动势的特点 ： 在完全补偿(G在零位)时，工作回路与被 测回路之间并无电流通过，不需要测出工作 回路中的电流I的数值，只要测得Rc与Rn的比 值即可。由于这两个补偿电阻的精度很高， 且En也经过精确测定，所以只要用高灵敏度 检流计示零，就能准确测出被测电池的电动 势。 二、实验原理二、实验原理-对消法对消法 SDC-IIB数字电位差综合测试仪用一体化设计, 将UJ系列电位差计、光电检流计、标准电池 等集为一体，体积小，重量轻、便于携带。 用数字显示。 测量范围05V，测量分辨率 10V。 二、实验原理二、实验原理-电动势法测电动势法测pHpH 电动势法可以用来测定溶液的pH值，其原理是将一 个与氢离子活度有关的指示电极与另一参比电极放 在被测溶液中构成电池，然后测定该电池的电动势E 。由于参比电极电势恒定，该电池的电动势的数值 就只与被测溶液中的氢离子活度aH+有关，于是可根 据E的数值求算出溶液pH值，常用的氢离子指示电 极有：玻璃电极，氢电极及醌氢醌电极，本实验用 醌氢醌电极为指示电极。甘汞电极为参比电极。 二、实验原理二、实验原理-对消法（书对消法（书256256页）页） 二、实验原理二、实验原理-电动势法测电动势法测pHpH 醌氢醌(为等摩尔的醌和氢醌的结晶化合物)电极的电极反应为： 其电极电势为: 二、实验原理二、实验原理-电动势法测电动势法测pHpH 若用饱和甘汞电极作参比电极，当溶液的pH7.7时，醌氢醌电极为氧化电极(负极)，此时，溶液pH的 公式请读者自行推导)。 由于pH8.5时,氢醌会发生电离, 碱性溶液中 容易氧化,故不能用于pH8.5的溶液,也不能在含硼酸盐的溶液中 (生 成配合物)和含强氧化剂的溶液中使用。 二、实验原理二、实验原理-电动势法测电动势法测pHpH 式中醌氢醌电极的标准电极电势 ，饱和甘汞电极的电势 的 值均与温度有关，它们与温度的关系为： 因此，若测定了电池的电动势，根据 便可求得溶液的pH值。 三、仪器、药品： SDC-IIB数字电位差综合测试仪1台，锌电极1支，铜 电极1支；铂电极1支；饱和甘汞电极1只；半电池2 个；小烧杯8个，吸球1个，pH计（PB-10）1 台， 复合电极1支， 饱和KCl溶液， 0.10MZnSO4溶液， 0.10 MCuS04溶液，1 MHAC溶液；1 MNaAC溶 液 。 甲液(每升溶液含11.376克Na2HP0412H20) 乙液(每升溶液含9.078克KH2P04), 醌氢醌晶体 标准电池请看教材260页。 四、实验步骤： 1、电极制备及电池组合 (1)锌电极及锌半电池。用细砂纸打磨，用蒸馏水淋洗 ，用滤纸擦干，再将处理好的锌电极，插入清洁的 半电池管内并塞紧，将虹吸管管口浸入有 0.10M ZnSO4溶液的烧杯内，用吸球自支管吸入 ZnSO4，夹上螺旋夹，注意虹吸管内不能有气泡， 也不能有漏液现象。 (2)铜电极及铜半电池；同法制备。 四、实验步骤： (3)电池组合：将饱和KCI溶液注入50ml小烧杯中，制成盐桥，将上述的 锌半电池的虹吸管和铜半电池虹吸管插入烧杯中，所组成的电池为： 电电池1： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu 分别别与甘汞电电极组组成的电电池为为： 电电池2： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(饱饱和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l) 电电池3： Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(饱饱和)|Cu2+(0.10molL-1)|Cu 四、实验步骤： 2、电动势的测定： (1) 分别估算待测电池的电动势。 (2)仔细阅读综合测试仪使用说明书的有关部分 。 (3)分别测定各待测电池的电动势，重复三次， 取平均值。 四、实验步骤： 测定电动势一般应注意： (1)刚组成的电池电动势不稳定，应待35分钟后再测定。 当工作电池刚接入电路时，电动势稍有下降。因此在电池接入 电路后，应稍等几分钟再操作。 (2)在整个测量过程中，因工作回路有电流通过，故工作电池的电 动势会略有改变，因此，每测定一次就要校正一次。 (3)避免在寻找平衡点的过程中，原电池发生极化现象。 4、为了判断所测量的电动势是否为平衡电势，一般应在15分钟左 右的时间内，等间隔地测量7-8个数据。若这些数据是在平衡值 附近摆动，偏差小于0.5mV，则可认为 已达平衡，记录 最后 三个数据，取平均值作为该电 池的电动势 。 注意:用电吹风吹干烧杯时， 不要将电吹风对准易燃物，不要用有 电脑的实验台上的插头和水龙头。 四、实验步骤： 3、电动势法测溶液的pH值。 (1)配制下列溶液 取1.0moldm-3HAC及1.0moldm-3 NaAC溶液各5ml混合后蒸馏 水稀释到20ml作待测液1。 取甲液1.0ml，乙液19.0ml混合，作待测液2。 取甲液14.0ml，乙液6.0ml混合，作待测液3。 注意使用不同体积的移液管。 将适量(黄豆大小)醌氢醌分别加在各待测溶液中，用玻璃棒搅 均匀让其 充分溶解形成饱和溶液，然后将光亮铂电极和饱和甘 汞电极插入待测溶液 1中组成下列电池。 HgIHg2Cl2l KCl(饱和)ll待测溶液IQH2Q IPt 用电位差计测定此电池的电动势，重复三次。 再以蒸馏水冲 洗铂电极及甘汞电极外壁，并用滤纸拭干，浸入其余各待测溶 液中组成电池，分别测定电动势，重复三次。 在测定时，一 定要让醌氢醌充分溶解，真正形成饱和溶液之后进行测定，所 得之值才能达到稳定。 4、用pH计测定上述溶液的pH值。 五、数据处理： 五、数据处理： 五、数据处理： 1、根据公式计算Cu一Zn电池电动势的理论值， 并与实