原电池电动势的测定.doc

原电池电动势的测定.实验目的1、理解电极、电极电势、电池电动势、可逆电池电动势的意义。2、掌握用对消法测定电池电动势的基本原理和数字式电子电位差计的使用方法。3、学会几种电极和盐桥的制备方法。.实验原理1、对消法测电动势的原理测量电池电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需用对消法来测定电动势。对消法测定电动势就是在所研究的电池的外电路上加一个方向相反的电压。当两者相等时，电路的电流为零。对消法测电动势常用的仪器为电位差计，其简单原理如图所示:【Ew、Es、Ex 分别为工作电池，标准电池，待测电池。 】工作原理为：当 Ks接通时，调节Rf及滑动头至C，使检流计中无电流通过。此时有EsUCA 工作回路电流IUSA /RSA=Es/RSA 当Ks断开，Kx接通，调节滑头至H，使检流计中无电流通过，此时有ExUHA，工作回路电流I=UXA/RXA=Ex/RXA 因此 Es/RSA =Ex/ RXA 即 Ex RXA(Es/RSA )2、电极电势的测定原理原电池是化学能转变为电能的装置，在电池放电反应中，正极起还原反应，负极起氧化反应。电池的电动势等于组成电池的两个电极电位的差值。即： (1) 式中E是原电池的电动势；、分别代表正、负极的电极电势。 其中： (2) (3)在式(2)(3)中：、分别代表正、负电极的标准电极电势；R=8.3145J.mol-1.K-1； T是绝对温度；Z是反应中得失电子的数量；F=96500C，称法拉第常数；为参与电极反应的物质的还原态的活度。 3、浓差电池：一种物质从高浓度（或高压力）状态向低浓度（或低压力）状态转移，从而产生电动势，而这种电池的标准电动势为零。.仪器与试剂EM-3C型数字式电子电位差计（南京大学应用物理研究所监制）1台；标准电池（中华人民共和国上海电工仪器厂）1个；饱和甘汞电极（上海康宁电光技术有限公司）1个；铜电极2个 锌电极1个ZnSO4溶液（0.1mol/L） CuSO4溶液（0.1mol/L） CuSO4溶液（0.01mol/L） 饱和KCl溶液H2SO4溶液（6mol/L） HNO3溶液（6mol/L）. 实验装置图.实验步骤一、电极制备1、锌电极 （1）将锌电极在6mol/L硫酸溶液中浸泡片刻,除去表面上的氧化层，取出后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗。 （2）浸入含有饱和硝酸亚汞溶液和棉花的烧杯中约5s，使电极表面上形成一层光亮均匀的锌汞齐，再用蒸馏水淋洗后用滤纸擦拭，然后插入0.1mol/L的ZnSO4溶液中待用。（3）把汞齐化的锌电极插入清洁的电极管内并塞紧，将电极管的虹吸管口浸入0.1mol/L ZnSO4溶液中，用洗耳球自支管抽气，将溶液吸入电极管直到较虹吸管略高一点时，停止抽气，旋紧螺旋夹。电极的虹吸管口内(包括管口)不可有气泡，也不能有漏液现象。注意：a、电极应浸洗干净，否则内部会存在一个微小的电势，会抵消一部分电势，从而影响实验结果。b、锌汞齐化能消除金属表面机械应力不同的影响，使该电极具有稳定的电极电位。c、实验前应先检查半电极管是否漏气；装液前，需要用少量的电解质溶液淋洗，以确保浓度的准确性。2、铜电极 将铜电极在6mol/L硝酸溶液中浸泡片刻，取出后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗，其余制作步骤同上。二、电池组合按右图所示，将饱和KCl溶液注入50mL的小烧杯中，得 电池1：Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg电池2：Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu电池3：Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu电池4：CuSO4(0.01mol/L)|Cu|CuSO4(0.1mol/L)|Cu三、标定电位差四、测电动势将电池按“+” 、“-”极性与“测量插孔”连接；将“功能选择”旋钮置于“测量”；调节“103 mV10-2 mV”六个旋钮，使“平衡指示”显示在零值附近。记录数据。.数据处理1、记录各电池的电动势。标准电池电动势 998.70mV 实验温度 11.37 单位：m V序号原电池组成次数原电池电动势平均平均电动势1Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg第1次994.10 994.74 994.62 994.49 994.47 第2次994.79 994.29 994.20 994.43 第3次994.62 994.11 994.73 994.49 2Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu第1次82.11 82.60 82.14 82.28 82.35 第2次82.60 82.09 82.41 82.37 第3次82.43 82.07 82.66 82.39 3Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu第1次1080.75 1080.19 1080.47 1080.47 1080.46 第2次1080.11 1080.89 1080.43 1080.48 第3次1080.14 1080.41 1080.76 1080.44 4CuSO4(0.01mol/L)|Cu|CuSO4(0.1mol/L)|Cu第1次23.80 23.83 23.46 23.70 23.68 第2次23.79 23.89 23.83 23.84 第3次23.48 23.81 23.27 23.52 2、根据测定的各电池的电动势，分别计算、=0.2415-7.6110-4(11.37-25)=0.25187 VZn-Hg 电池 Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg=Zn2+m1=0.150.1=0.015=-=-（-）=+-1=0.25187+0.05148-0.99447=-0.69112VHg-Cu 电池 Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu=Cu2+m2=0.160.1=0.016 =-=-=+2=0.25187+0.05069+0.08235=0.38491V3根据有关公式计算Zn-Cu和浓差电池的理论电动势E理，并与实验值进行比较，计算误差率。Zn-Cu电池 Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu理论=-=（-）-（-） =（0.38491-0.05069）-（-0.69112-0.05148）=1.07682V相对误差：E=（实验- 理论）/ 理论=（1.07682-1.08046）/1.08046=-0.337%浓差电池 CuSO4(0.01mol/L)|Cu|CuSO4(0.1mol/L)|Cu=Cu2+（0.01）m3=0.400.01=0.004理论=-=-=0.01699V相对误差：E=（实验- 理论）/ 理论=（23.68-16.99）/16.99=39.376%. 提问思考1 用测电动势的方法求热力学函数有何优越性？答：电动势测定法比其它方法（例如量热法）更精确，误差更小。2 盐桥有何作用，如何选用盐桥以适应各种不同的原电池？答：将液接电势降低到最小的作用。盐桥中的盐浓度尽量大（一般用饱和溶液），正负离子迁移数接近，与电池中的电解质不发生反应。KCl在水中的溶解度很大，正负负离子迁移数接近，与大多数电解质不发生反应。3. 在工作电流“标准化”和测量电动势过程中，为什么按键不能长时间按下？答：因为接通电路后就会有电流通过，则电极就会发生极化，电极电势与电池电动势就会偏离平衡值，而实验需要测定的是平衡电动势