实验四 原电池电动势的测定及应用1.doc

实验四 原电池电动势的测定及应用电池：求难溶盐AgCl的溶度积KSP 设计电池如下: 该电池电极反应如下：阳极（-）反应: 阴极（+）反应: 电池反应: 电池电动势：为中银离子的活度，；为饱和溶液中的活度。由于，因此式(4)变为：测定后，即可求。操作步骤：制备电极 银电极用浓氨水浸，再用水洗净。然后浸入含有少量硝酸钠的硝酸中片刻。取出用水洗净。把处理好的二根银电极浸入同样浓度的溶液，测其电池电动势。如果电池电势不接近0(允许相差12mV)，则银电极必须重新处理。按电极符号组成浓差电池，其中左方电极的制备方法如下：将新制好电极插入0.01000mol/LKCL溶液中，滴加两滴0.1mol/L 溶液(不能多加)；将另一新制好的电极插入0.01000mol/L 溶液中，加上盐桥。测定电池电动势。求电池反应的、设计电池如下: 电池反应为：分别测定电池在各个温度下的电动势，作ET图，从曲线斜率可求得任一温度下的，利用公式(1)、(2)、(3)、（5）即可求得该电池反应的、求银电极的标准电极电势 对银电极可设计电池如下: 该电池电极反应如下：阳极（-）反应: 阴极（+）反应: 电池反应:电池电动势: 所以：测定溶液的pH值 溶液的pH值可用电动势法精确测量。利用各种氢离子指示电极与参比电极（一般是用饱和甘汞电极做参比电极）组成电池，由测得的电动势算出溶液的pH值。常用的氢离子指示电极有氢电极、醌-氢醌电极、玻璃电极等。氢电极测溶液的pH值比较麻烦，需要提供稳定的氢气流冲打铂黑电极，使氢气被铂黑吸附并与待测H+溶液达成平衡。本实验是用醌-氢醌电极与饱和甘汞电极组成原电池，在弱酸或弱碱性的溶液中测出电动势 。QQH2为醌(Q)与氢醌(QH2)等摩尔混合物，在水溶液中部分分解。 它在水中溶解度很小。将待测pH溶液用饱和后，再插入一只光亮Pt电极就构成了电极，可用它构成如下电池: 电极反应为: 因为醌和氢醌的浓度相等，稀溶液情况下活度系数均近于1，或者活度相等，因此:电池的电动势为: 已知及，测得电动势E，即可求pH。 由于易在碱性液中氧化，待测液之pH值不超过8.5。四、仪器药品 仪器：SDC-B数字电位差综合测试仪1台(南京桑力电子设备厂)；218型银-氯化银电极1支(上海恒誉水分析仪器厂)；饱和甘汞电极1只；盐桥数只；铂电极2只；超级恒温槽1台。电极管3只；10ml烧杯3只；50ml烧杯一只；洗耳球一个。恒温夹套烧杯2只；滑线电阻1只。药品 KCl(0.1000molL-1)；KCl(饱和)；AgNO3(0.0100molL-1)；CuSO4(0.1000molkg-1);CuSO4(0.0100molkg-1);ZnSO4(0.100molkg-1);镀银溶液;镀铜溶液;未知pH溶液;HCl(1moldm-3);稀HNO3溶液(13);稀H2SO4溶液;Hg2(NO3)2饱和溶液;KNO3饱和溶液;KCl饱和溶液;琼脂(C.P.);醌氢醌(固体)。 五、实验步骤 盐桥制备 简易法 用滴管将饱和KNO3(或NH4NO3)溶液注入型管中，加满后用捻紧的滤纸塞紧型管两端即可，管中不能存有气泡。 凝胶法 称取琼脂1g放入50mL饱和KNO3溶液中，浸泡片刻，再缓慢加热至沸腾，待琼脂全部溶解后稍冷，将洗净之盐桥管插入琼脂溶液中，从管的上口将溶液吸满(管中不能有气泡)，保持此充满状态冷却到室温，即凝固成冻胶固定在管内。取出擦净备用。 电动势测定：开机5分种后，如果使用内标做基准（不用外配的标准电池），就将功能档旋至内标位，将最大档X100V调至1处，其余各档都调至0处，补偿档调至最小。这等于是给出了1.0000V 的标准，此时按采零键，使检零指示显示为00.00）。然后将功能档旋到测量位，将红线夹接铜电极，黑线夹接锌电极（切勿接错了），稳定一段时间后开始测电池：-Hg(l)-Hg2Cl2(S)饱和KCl溶液AgNO3(0.0100molL-1)Ag(S)+的电动势。办法是由大档位到小档位依次逼近电动势值（刚开始测量时，检零指示档会显示 QU.L 或 *.*, 随着测量值的逼近，绝对值越来越小，但不能为正值），直至检零指示档为00.00（如最后不为00.00，则缓缓旋补偿档，使检零指示刚好显示00.00），记录这个时候的读数。注意，只有原电池真正处于平衡状态，测出的值才会稳定不变。因此要尽可能使被测电池平稳、不受振动、不含气泡、室内气温恒定。六、注意事项 制备电极时，防止将正负极接错，并严格控制电镀电流。 七、数据处理 计算室温下电池的电池电动势并与测定结果比较。利用电池的测定结果计算氯化银的溶度积并与文献值比较。 【思考问题】 参比电极应具备什么条件?它有什么功用? 若电池的极性接反了有什么后果? 盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则?实验五 蔗糖的转化一、实验目的 1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 2.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。 二、预习要求 1.掌握旋光度与蔗糖转化反应速率常数的关系。 2.掌握t与的测定方法。 3.了解旋光仪的构造及使用方法。三、实验原理 蔗糖转化反应为: C12H22O11+H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而H+是催化剂，其浓度也是固定的。所以，此反应可视为假一级反应。其动力学方程为：式中，k为反应速率常数；C为时间t时的反应物浓度。将(1)式积分得: 式中，C0为反应物的初始浓度。 当C=1/2C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得: 蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示: 式中，t为实验温度()；D为光源波长；为旋光度；l为液层厚度(m)；C为浓度(kgm-3)。 由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度与浓度C成正比。即: 式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。 在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度；产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0，t，时溶液的旋光度分别用，表示。则: 式(6)、(7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。 由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得: 将(9)、(10)两式代入(2)式即得: 由(11)式可见，以ln(t-)对t作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。四、仪器与药品 仪器 旋光仪（WZZ2A2B自动旋光仪 ）；旋光管；恒温槽；台称；停表；烧杯；移液管(量筒）。药品 HCl溶液(4moldm-3)；蔗糖(分析纯)。WZZ2B自动旋光仪操作方法：将仪器电源插头插入220V交流电源，（要求使用交流电子稳压器1KVA），并将接地可靠接地。向上打开电源开关，这时钠光灯的交流工作状态下起辉，经5分钟钠光灯激活后，钠光灯才发光稳定。向上打开光源开关，（若光源开并扳上后，钠光灯熄灭，则再将光源开关上下重复扳动1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常）。打开测量开关，这时数码管应有数字显示。将装有蒸馏水或其它空白溶剂的试管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清零按钮。试管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用软布揩干试管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应为，影响读数。试管安放时应注意标记的位置和方向。蔗糖水解过程中t的测定 用台称称取10g蔗糖，放入100mL烧杯中，加入50mL蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤)。用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中。移取30mL4moldm-3HCl溶液于另一100mL带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温10min。取出两只三角瓶，将HCl迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。并且在加入HCl时开始记时，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间t时溶液的旋光度t。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每5min读一次测定1h。 六、注意事项 装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。 由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。 旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔