电极制备电动势的测定.doc

物理化学实验报告学号：姓名：班级：电极的制备和电动势的测定平均室温：20.3 平均气压：98.05Kpa 同组人： 日期：一、实验目的1. 学会铜电极、锌电极、甘汞电极的制备和处理方法。2. 掌握电势差计的测量原理和测定电池电动势的方法。3. 加深对原电池、电极电势等概念的理解。2、 实验原理电池由正、负两个电极组成，电池在工作过程中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电池反应是电池中所有反应的总和。电池的电动势等于两个电极的电极电势的差值： E=E= 以Cu-Zn电池为例：Zn|ZnSO4（aZn2+）|CuSO4（aCu2+）|Cu 电池的总的反应为： Zn+ Cu2+（aCu2+）Cu +Zn2+（aZn2+） 根据能斯特方程，Cu-Zn电池的电动势为：=纯固体的活度为1，即a（Cu）=a（Zn）=1 所以 电池电动势不能用伏特计直接测量。 因为当伏特计与电池接通后，由于存在电流I，使电动势值发生变化；另一方面，由于电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势。e = I（R内+R外）伏特计测量：U=IR外 U/e = R外 /（R内 + R外） 当R外，I0，U/e 1，U e电势差计的测量原理：当转换开关K合至1，调节r，使检流计G中无电流通过，此时标准电池EN和标准电池的补偿电阻RN两端的电势分别相等，此时有下列关系：EN = IRN（I为工作电流 ）当转换开关K合至2，调节滑线电阻A，再次使检流计G指示为零，此时在可调电阻R上的电阻值设为RK，则有：EX = IRK式中I仍为前面所调的工作电流值，因此有：EX = ENRK/RN即当标准电池电动势EN和标准电池电动势的补偿电阻RN的数值确定时，只要正确读出RK的值，就能正确测出未知电动势EX。三、仪器与试剂电位差计一台，电线若干，饱和甘汞电极一只，铜片，锌片，烧杯三个，U型管。硫酸锌溶液（0.1000 molL-1）； 硫酸铜溶液（0.1000 molL-1）；稀硫酸（3 molL-1）；稀硝酸（6 molL-1）；氯化钾溶液（饱和）；琼胶。四、主要实验步骤（1）锌电极的制备：用砂纸打磨锌片至光亮，再用稀硫酸洗净锌电极表面的氧化物，再用蒸馏水淋洗；然后浸入饱和硝酸亚汞溶液中3-5s，用镊子夹住一小团湿棉花轻轻擦拭电极，使锌表面上有一层均匀的汞齐，再用蒸馏水冲洗干净；放入0.1000 mol.L-1的ZnSO4溶液中，即制成了锌电极。（2）铜电极的制备：用砂纸打磨铜片至光亮，再用稀硝酸洗净铜片表面的氧化物，再用蒸馏水淋洗，再用0.1M的CuSO4溶液淋洗后，纯铜片放入0.1 mol.L-1的CuSO4溶液中，即制成了铜电极。（3）盐桥的制备：为了消除液接电势，必须使用盐桥，其制备方法是：在100 mL的饱和KCl溶液中加入1g琼脂，煮沸，用滴管将它灌入干净的U形管中，U形管中以及管两端不能留有气泡，冷却后待用。（4）电池组合 将上面制备的锌电极和铜电极,中间用盐桥连接。锌片与铜片分别以阳极和阴极连入电位差计。即成Cu-Zn电池：Zn|ZnSO4(0.1000 mol.L-1)CuSO4(0.1000 mol.L-1)Cu 同法组成下列电池: Zn|ZnSO4(0.1000 mol.L-1)|KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)|CuSO4(0.1000 mol.L-1) |Cu （5）电动势的测定a. 连接电源线，打开开关，预热15 minb. 调零 将测试线分别插入测量孔，将100旋钮置于“1”，补偿旋钮逆时针旋到底，其他旋钮均置零。此时“电位指标”显示1.0000V，将测试线短接。等“检零指示”数值稳定后，按一下“采零”键，此时应该显示为“0”C. 测量待测电池电动势 将“测量选择”转换开关拨向“测量”；连接测量电池；调节100-10-4旋钮，使“检零指示”显示数值为负且绝对值最小。调节补偿旋钮，使“检零指示”显示数值“000”，此时，“电位显示”数值即为电池电动势。（6）实验完毕，把盐桥放在水中加热溶解，洗净，其它各仪器复原。5、 数据记录及处理 表1：电池电动势测定值记录编号电池表示式E(V)(实验值)aZnZnSO4(0.1000 mol/L) CuSO4(0.1000 mol/L)CuE1=1.10535VbZnZnSO4(0.1000 mol/L)KCl(饱和) Hg2Cl2,HgE2=0.83241VcHg2Cl2,Hg KCl(饱和) CuSO4(0.1000 mol/L)CuE3=0.26578V数据处理1、根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式 计算实验温度时饱和甘汞电极的电极电势： 甘=0.2412-6.6110-4（293.3-298）V=0.2443V2、在T=293.3K时 E1=Cu2+/Cu-Zn2+/Zn=Cu2+/Cu-Zn2+/Zn- E2=甘-Zn2+/Zn=甘- Zn2+/Zn + E3=Cu2+/Cu-甘=Cu2+/Cu-甘-以上式子中，已知甘,E1，E2，E3，得式子：0.83241=0.2443-Zn2+/Zn0.26578=Cu2+/Cu-0.2443 得到： Zn2+/Zn=-0.5881V Cu2+/Cu=0.5101V又有，对于Cu电极:Cu2+/Cu=Cu2+/Cu+（20C时0.1000molL-1CuSO4溶液中铜离子的平均离子活度系数为0.16）即 Cu2+/Cu= 0.5101+ 得Cu2+/Cu=0.5623V同理对于Zn电极：Zn2+/Zn=Zn2+/Zn +（20C时0.1000molL-1ZnSO4溶液中锌离子的平均离子活度系数为0.15）即 Zn2+/Zn =-0.5881+得Zn2+/Zn=-0.5351V3、本实验测的是实验温度（293.3K）下的电极电势和标准电极电势，为了方便起见，可采用下式求出298摄氏度时的标准电极电势，即： T=298+(T-298)+1/2*(T-298)2式中，、为电池中电极的温度系数。 表2 Cu、Zn电极的温度系数及标准电极电势电极电极反应103（V/K）106（V/K2）/VTCu2+/CuCu2+2e- =Cu-0.0160.3370.3370Zn2+/Zn（Hg）（Hg）+ Zn2+2e- = Zn（Hg）0.1000.62-0.763-0.7634E理 =293.3/v（Cu）-293.3/v（Zn）=0.3370-(-0.7634)=1.1004VE实=0.5623-（-0.5351）=1.0974V E理E实。误差=100%=（1.1004-1.0974）/1.1004=0.27%六、结果讨论由实验所得结果计算锌电极和铜电极的标准电极电势比理论值小。原因： 工作电池的放电而改变了工作电流，致使电位计上的刻度不等于实际的电位值。测电动势最好应在恒温条件下进行，但目前尚无这样的条件。 制备电极时如电流密度过大，镀液有误或镀前电极表面未经洁净处理会使镀层粗糙而易于剥落，致使电极电位有所改变而影响所测的电动势值。在测定时调零，读数很不稳定，不能确保一定是在检流计为零时进行测定。七、实验注意事项1 盛放溶液的烧杯须洁净干燥或用该溶液荡洗。所用电极也应用该溶液淋洗或洗净后用滤纸轻轻吸干，以免改变溶液浓度。2甘汞电极内充满饱和KCl溶液，并注意在电极内应有固体的KCl存在，以保证在所测温度下为饱和的KCl溶液，最好活化一段时间使用时应把橡皮头拔去。八、思考题1、为什么不能用伏特计测量电池电动势？因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断变化，因而电动势值也会发生变化。另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电势降，而不是电池电动势只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势。电势差计是可以利用对消法原理进行电势差测量的仪器，即能在电池无电流（或电流极小）通过时测得其两极的电势差，这时的电势差就是电池的电动势。 另外，当两种电极的不同电解质溶液接触时，在溶