电池电动势及温度系数的测定.doc

电池电动势及温度系数的测定 一实验目的1. 掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作。2. 通过原电池电动势的测定求算电池反应的rGm、rSm、rHm等热力学函数。3. 熟悉原电池的图式表示法和电极、电池反应的书写。4. 熟悉和掌握Origin软件对数据的绘图以及数据的线性拟合。5. 增强自己的实验操作能力和加深对电池电动势的理解及随温度的变化。二实验原理1热力学知识化学能转变为电能的装置称为原电池或电池。可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。根据吉布斯函数的定义，在恒温恒压条件下，当系统发生可逆变化时，系统吉布斯函数变等于过程的可逆非体积功。如果非体积功只有电功一种，那么，可逆电动势为E的电池按指定电池反应式，当反应进度1mol时，反应的吉布斯函数变为： (1)式中E为可逆电池的电动势，单位为伏特（V）；F为法拉第常数，常取96500 Cmol-1，z为电极反应式中电子的化学计量数，rGm的单位为Jmol-1。所以，在一定的温度和压力下，测出可逆电池的电动势，即可由式（1）计算出电池反应的摩尔反应吉布斯函数变rGm。 又根据热力学基本方程，可以得到： (2)式中称为电池的温度系数，表示电池电动势随温度的变化。在系列温度下测得电池的电动势值，作ET图，从曲线斜率可求得电池在某一温度时的温度系数，进而计算出rSm。 由吉布斯亥姆霍兹公式可计算出化学反应的摩尔反应焓，即： (3)2对消法测定电动势的原理根据可逆过程的定义，可逆电池应满足如下条件:(1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。(2)电池中不允许存在任何不可逆的液体接界。(3)电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，亦即允许通过电池的电流为无限小。 因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件。在精确度不高的测量中，常用正负离子迁移数比较接近的盐类（应不与电解质发生反应）构成“盐桥”来消除液接电势。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。测量可逆电池的电动势不能直接用伏特计来测量。因为电池与伏特计相接后，整个线路便有电流通过，此时电池内部由于存在内电阻而产生某一电位降，并在电池两极发生化学反应，溶液浓度发生变化，电动势数据不稳定。所以要准确测定电池的电动势，只有在电流无限小的情况下进行，常用的对消法就是根据这个要求设计的。图1 对消法测定电池电动势原理线路对消法（又叫补偿法）是在待测电池Ex上并联一个大小相等、方向相反的外加电势，这样待测电池中就没有电流通过，外加电势差的大小就等于待测电池的电动势，如图1所示。B为大容量的工作电池。AC为一均匀电阻，调节可变电阻R使回路中有合适的工作电流I，这样在AC上就有一均匀的电势降产生。 Es为标准电池。为了求得AD1线段的电势差，在测量待测电池之前，先用标准电池Es来标定。将选择开关SW接 上，若调节活动触点的位置至D1时，检流计G中没有电流通过，此时标准电池的电动势正好与AD1线段所示的电势差的数值相等而方向相反。即： (4)完成上述标定后，将SW拨到待测电池Ex上，重新调节接触点，若调到D2位置时检流计G中无电流通过，则AD2线段上的电势降等于待测电池Ex的电动势，即： (5)由（4）式和（5）式，得： （6）由于电阻与电阻线长度成正比，所以： （7）分别读出Es和Ex接通时均匀电阻上的AD1、AD2长度，即可计算出Ex。实验室常用的电位差计就是根据这一原理设计制造的。3本实验测定的电池本实验测定由AgCl/ Ag和Ag+/Ag电对组成的原电池的电动势，该电池可以用图示式表示为：(-) Ag|AgCl(s) |Cl - (0.1molL-1)| |Ag+ (0.1molL-1)|Ag (+)即AgCl/ Ag作为阳极（负极），浸入含Cl -的溶液中，电极反应为： （8）Ag+/Ag作为阴极（正极），浸入含Ag+的溶液中，电极反应为： （9）总的电池反应为： （10）电池中用到两种不同的溶液，需通过盐桥连接。制备盐桥的电解质应不与电池的电解液发生反应，且正负离子的电迁移率应基本相等。电池电动势的Nernst方程式为：三仪器和试剂SDCII数字电位差综合测试仪，恒温水浴，原电池装置，AgCl/Ag电极，Ag电极，盐桥。0.1molL-1 NaCl溶液，0.1molL-1 AgNO3溶液。四实验步骤1组装电池2组装电路将电池与电位差计相接，注意电池的正负极与仪器的正负极要对应。将电池放入到恒温水浴中，开通电源。3电位差计采零将电位差计“测量选择”“内标”“电位指示为1V”“采零” 温度稳定“测量” 调节各电位钮检零指示”为0记录电位指示值每个温度平行测定三次，每次间隔12分钟。室温下测定一组，每次升高3，共测6次。五数据记录与处理1. 根据不同温度下测得的E值，在坐标纸上对T作图，再对曲线进行线性拟合，求出曲线方程，求出斜率，即为温度系数。在系列温度下测得电池的电动势值，作ET图：得出的方程：E=0.42069+ 0.08586/(1 + exp(T-290.4101)/4.03897) 以第二组数据为例：将T=306.35K代入方程得：E=0.42069+ 0.08586/(1 + exp(306.35-290.4101)/4.03897)=0.42232对方程求导得：=-0.021258exp(T-290.4101)/4.03897)/ (1+exp(T-290.4101)/4.03897)2将T=306.35K代入导数方程得：=-0.021258exp(306.35-290.4101)/4.03897)/ (1+exp(306.35-290.4101)/4.03897)2=-3.9532X10-4VK-1 rSm=ZF=-1X96500X3.9532X10-4=-38.14838 J K-1mol-1 =-1X0.42232X96500=-40753.88 J mol-1=-40.75388 kJ mol-1=-40.75388+306.35X (-38.14838X10-3)=-52.44064kJ mol-12. 求出对应电池反应的rGm，rSm，rHm。t/T/K电动势值E/V电动势平均值/V/ VK-1rGm/kJ mol-1rSm/J K-1mol-1rHm/kJ mol-130.2303.350.424210.42420-7.9721X10-4-40.91600-76.93077-64.252950.424200.4241933.2306.350.421800.42184-3.9532X10-4-40.75388-38.14838-52.440640.421830.42189362309.350.421720.42178-1.9188X10-4-40.67186-18.51642-46.399910.421710.4219039.2312.350.421520.42153-0.9177X10-4-40.63323-8.85581-43.339930.421520.4215542.2315.350.420810.42085-0.4388X10-4-40.61396-4.23442-41.949280.420840.4209045.2318.350.420320.42041-0.2101X10-4-40.60431-2.02747-41.249760.420410.42049六注意事项1盐桥内不能有气泡存在。不能拿着盐桥将电池放入或取出水浴。 2恒温水浴液面高度要合适，与电池内的液面处于一个水平即可。3在升温的时候，不应使仪器测量选择”钮处于“测量”档（如可关闭仪器或打到“外标”）。4在做实验的过程中，由于水的浮力，注意不能把原电池打倒。5在同一温度下，每组数据要测3次。6在升温过程中，可以先迅速升温，在接近设置温度时，再改为慢速升温。七思考题1对消法测定原电池电动势的原理是什么？电池电动势为什么不能用伏特计直接准确测定？对消法（又叫补偿法）是在待测电池Ex上并联一个大小相等、方向相反的外加电势，这样待测电池中就没有电流通过，外加电势差的大小就等于待测电池的电动势。测量可逆电池的电动势不能直接用伏特计来测量。因为电池与伏特计相接后，整个线路便有电流通过，此时电池内部由于存在内电阻而产生某一电位降，并在电池两极发生化学反应，溶液浓度发生变化，电动势数据不稳定。所以要准确测定电池的电动势，只有在电流无限小的情况下进行，常用的对消法就是根据这个要求设计的。2盐桥的选择原则和作用是什么？ 盐桥的作用