电动势的测量.doc

宁波工程学院物理化学实验报告专业班 姓名 序号 9 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、 实验原理可逆电池的电动势 电池的书写习惯是左边为负极，右边为正极，负极进行氧化反应，正极进行还原反应。如果电池是自发的，则电池电动势为E，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，两个电极的电极电动势之差就等于该可逆电池的电动势，规定电池的电动势等于正负极的电极电势之差E=1-2 可逆电池必须具备的条件有（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）电池在工作时，所通过的电流必须无限小，此时电池可在接近平衡的状态下工作，即能量可逆（3）电池中所进行的其他反应可逆。如溶液中无扩散，无液体接界电势。因此在制备可逆电池、测定可逆电动势时应满足上述条件，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构成盐桥来减小液体接界电势。要达到工作电流0的条件，必须使电池在接近热力学平衡的条件下工作，测量可逆电池的电动势不能直接用伏特计来测量。因为电池和伏特计连接后，整个线路就有电流通过，此时电池内部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，所采用的对消法就是根据这个原理 2.对消法测定原电池电动势的原理 在待测电池上并联一个大小相等，反向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势 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，将标准氢电极与待测电极组成电池，所以电池电动势就是待测电极的电极电势 （2）参比电极：不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*dm-3）KCl溶液；0.01，0.03，0.05，0.07，0.09（mol*dm-3）AgNO3溶液；饱和KCl溶液。四、 实验步骤 1、打开EM-3C数字式电子电位差计预热15分钟 2、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)23、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。4.测量待测电池（1）的电动势：取1个干燥、洁净的50ml烧杯，倒入约25ml 0.01mol*dm-3AgNO3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（1）。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*dm-3）AgNO3溶液至全部待测溶液测量完毕。5.测量待测电池（2）的电动势取1个干燥、洁净的50ml烧杯，倒入约25ml0.01mol*dm-3KCl溶液，将银氯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（2）。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*dm-3）KCl溶液至全部待测溶液测量完毕。6.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 室温：22.6 标准电池温度：19.5 Es：1.01847V E（甘汞）：0.2415-0.00076(19.5-25)=0.24568V测量电池（1）C(AgNO3)/mol.dm-3Ex/VE(Ag+/Ag)/Va(Ag+)ln a(Ag+)(AgNO3)0.010.43950.68520.00902-4.7080.9020.030.46670.71240.02526-3.6790.8420.050.47820.72390.04080-3.1990.8160.070.48600.73190.05551-2.8910.7930.090.47350.71920.06984-2.6620.776Y = A + B * XParameterValueError-A0.80622 0.00128B0.02566 3.47791E-4-得到方程E(Ag+/Ag)/V=0.80622+0.0256*ln a(Ag+)所以当ln a(Ag+)=0时，E(Ag+/Ag)=0.80622V测量电池（2）C(KCl)/mol.dm-3Ex/VE(AgCl/Ag)/Va(Cl-)ln a(Cl-)KCl0.010.088500.33420.00902-4.7080.9020.030.065400.31110.02526-3.6790.8420.050.053600.29930.04080-3.1990.8160.070.044800.29050.05551-2.8910.7930.090.040000.28570.06984-2.6620.776Y = A + B * XParameter Value Error-A0.22266 0.00282B-0.02379 7.64977E-4-得出方程E(AgCl/Ag)=0.22266+-0.02379*ln a(Cl-)当ln a(Cl-)=0时，E(AgCl/Ag)=0.22266V 由上述数据代入公式EMF=E(AgCl/Ag)-E(Ag+/Ag)=0.22266V-0.80622V=-0.58356VlnKsp(AgCl)=FEMF /(RT)=96500(-0.58356)/(8.314298.9)=22.66所以Ksp(AgCl)=1.4410-10 所以E(Ag+/Ag)%=(0.80622-0.7994)/0.7994100%=0.81% E(AgCl/Ag)%=(0.22266-0.22216)/0.22216100%=0.23%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。误差分析：从实验数据和所得的图中看，实验所得的数据拟合的并不是很好，所以我们的实验还是存在一定的误差的。造成实验误差的只要原因有：（1） 在得到数据的过程中，由于我们等待的