物化-电动势的测定及应用.doc

宁波工程学院物理化学实验报告专业班级 姓名 序号 实验日期 同组姓名 指导老师 实验名称 电动势的测定及应用 一、 实验目的1、通过实验加深对可逆电池、可逆电极、盐桥等概念的理解。2、掌握对消法测定电池电动势的原理及电位差计的使用方法。3、通过电池Ag | AgNO3(b1) | KCl(b2) | Ag-AgCl |Ag的电动势求AgCl的溶度积Ksp。4、 了解标准电池的使用和不同盐桥的使用条件。二、 实验原理1、可逆电池的电动势：电池的书写习惯是左方为负极，右方为正极。如果电池反应是自发的，则电池电动势为正。符号“|”表示两相界面，“|”表示盐桥。在电池中，电极都具有一定的电极电势。当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电极电势。规定电池的电动势等于正负电极的电极电势之差，即：E = +- 可逆电池必须具备的条件为：1、电极上的化学反应可向正反两个方向进行，即反应可逆；2、电池在工作（充放电）时，所通过的电流必须无限小，此时电池可在接近平衡状态下工作，即能量可逆；3、电池中所进行的其它过程可逆。如溶液间无扩散、无液体接界电势；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时，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来减小液体接界电势。要达到工作电流零的条件，必须使电池在接近热力学平衡条件下工作。测量可逆电池的电动势不能直接用伏特计来测量。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，所采用的对消法就是根据这个要求设计的。2、对消法测定原电池电动势原理在待测电池上并联一个大小相等，方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电动势的大小即等于待测电池的电动势。装置如下：Ew -工作电源，EN -标准电池，Ex -待测电池；R-调节电阻，Rx-待测电池电动势补偿电阻，RN -标准电池电动势补偿电阻；K -转换电键，G -检流计。3、电极：1、标准氢电极：电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极作为标准（标准氢电极是氢气压力为101325Pa，溶液中H+为1，其电极电动势规定为零）。将标准氢电极与待测氢电极与待测电极组成电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。2、参比电极：由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电极电动势已精确测出。4、电池：电池（1）：（-）Hg(s) | Hg2Cl2(s) | KCl(饱和) | AgNO3(c) | Ag(s) (+)电池（2）：（-）Hg(s)|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)|KCl(c)|AgCl(s),Ag(s) (+)三、 实验仪器、试剂1、仪器：EM-3C数字式电子电位差计，检流计，标准电极，银电极1支，银-氯化银1支，饱和甘汞电极1支，50ml烧杯2个，导线、滤纸若干；2、试剂：(0.01、0.03、0.05、0.07、0.09 moL/dm3) KCl溶液，(0.01、0.03、0.05、0.07、0.09 mol/dm3) AgNO3溶液，饱和KCl溶液。四、 实验步骤1、读室温，利用韦斯顿标准电池电动势温度校正公式，计算标准电池在室温时的电动势Es 。Es=1.018454.0510-5 (T/K293.15)9.510-7(T/K293.15)22、将电位差计面板右侧的拨位开关拨到“外标”位置，调节左侧拨位开关至标准电池的实际Es值。用导线把标准电极正负极和电位差计面板右侧的“外标”测量孔的正负极相连接。按一下校准按钮，观察右边平衡指示LED显示值是否为零，为零时校准完毕；3、测量待测电池I的电动势 取1个干燥、洁净的50mL烧杯，倒入约25ml 0.01mol/dm3AgNO3溶液，将银电极用细砂纸打磨光亮，再用蒸馏水冲洗干净并擦干后插入该AgNO3溶液中；另取饱和甘汞电极1支并将其插入装有饱和KCl溶液的容器内；将KNO3盐桥的两个支脚插入上述两个容器中；如此构成了电池I；将电位差计面板右侧的拨位开关拨到“外标”位置。用导线把待测电池的甘汞电极和电位差计面板右侧的“测量”测量孔的负极相连接；银电极和正极相连接。在测量前粗略估计一下所测电池的电动势的数值，将左侧拨位开关调节至粗估值附近。然后将拨位开关拨到“测量”位置，再仔细调节左侧旋钮，观察右边平衡指示LED显示值，当平衡指示值在正负20以内时，测量完毕，记下测量数据。将拨位开关拨回“外标”位置；重复前面实验步骤，依次测量0.03，0.05，0.07，0.09 mol/dm3 AgNO3溶液至全部待测溶液测量完毕；4、测量待测电池II的电动势取1个干燥、洁净的50mL烧杯，倒入约25mL 0.01mol /dm3KCl溶液，将银-化银电极从避光容器中取出，用蒸馏水淋洗并用滤纸轻轻吸干，插入该KCl溶液中；另取饱和甘汞电极1支并将其插入装有饱和KCl溶液的容器内；将KCl盐桥的两个支脚插入上述两个容器中；如此构成了电池II；将电位差计面板右侧的拨位开关拨到“外标”位置。用导线把待测电池的甘汞电极和电位差计面板右侧的“测量”测量孔的负极相连接；银氯化银电极和正负极相连接。在测量前粗略估计一下所测电池的电动势的数值，将左侧拨位开关调节至粗略值附近。然后将拨位开关拨到“测量”位置，再仔细调节左侧旋钮，观察右边平衡指示LED显示值，当平衡指示值在正负20以内时，测量完毕，记下测量数据。将拨位开关拨回“外标”位置；重复前面实验步骤，依次测量0.03，0.05，0.07，0.09 mol/dm3 KCl溶液至全部待测溶液测量完毕；5、测量完毕后，将所有电极放回原处；废弃溶液倒入指定的回收瓶中；KCl盐桥放回饱和KCl溶液中，AgNO3盐桥放入指定的回收瓶中，洗净所有小烧杯并放入烘箱中干燥。五、 数据记录与处理实验温度：25.9 ；标准电池温度：23.76 ；Es ：1.01676 V；E甘汞：0.240816 V 。电池Ic(AgNO3) / (mol/dm3)Ex / VE(Ag+ / Ag)/ Va(Ag+)ln a(Ag+)(AgNO3)0.010.421760.6625760.00902-4.708310.9020.030.449460.6902760.02526-3.678530.8420.050.463060.7038760.04080-3.199070.8160.070.470660.7114760.05551-2.891190.7930.090.475860.7166760.06984-2.661550.776图中直线的斜率为当 ln a(Ag+) = 0 时， 电池IIc(KCl) / (mol/dm3)Ex / VE(AgCl / Ag)/ Va(Cl-)ln a(Cl-)(KCl)0.010.080360.3211760.00902-4.708310.9020.030.068760.3095760.02526-3.678530.8420.050.058760.2995760.0408-3.199070.8160.070.051560.2923760.05551-2.891190.7930.090.045960.2867760.06984-2.661550.776图中直线的斜率为当 ln a(Ag+) = 0 时， Ksp(AgCl)的计算六、 注意事项1、连接线路时，切勿将标准电池、待测电池的正负极接错。2、实验前，应先根据附录中的公式计算出实验温度下标准电池的电动势。3、使用测量时，要不断切换拨位开关位置，拨位开关在“测量”位置的时间要短，以防止过多的电量通过被测电池，造成严重的极化现象，破坏被测电池的可逆状态。七、 结果与讨论实验过程中测量电动势的动作偏慢，使实验所测的数据存在一定的误差；实验计算所得的Ksp(AgCl)明显大于标准值，说明实验操作有待熟练。八、 思考题1、 为什么在测量原电池电动势时，要用对消法进行测量？而不能使用伏特计来测量？答：电池内部存在电阻，用伏特表测量时，会耗掉一部分电动势，用对消法测得话，内部无电流，可以忽略内部电阻，使得测量结果更加精确。2、 在原电池电动势测量过程中,需要使