实验十 原电池电动势的测定处理.doc.temp.doc

原电池电动势的测定及其应用 、目的要求1、测定CuZn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电位。2、了解可逆电池，可逆电极，盐桥等概念。3、学会一些电极的制备和处理方法。、仪器与试剂NDM-1 精密数字直流电压测定仪、标准电池(惠斯登电池)、铜棒电极，锌棒电极、玻璃电极管2个、饱和甘汞电极（SCE）、洗耳球、小烧杯、细砂纸 、ZnSO4(0.100moldm-3),CuSO4(0.100 moldm-3) ，KCl(0.100 moldm-3),饱和KCl溶液，稀硫酸、稀硝酸。、实验原理凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。对定温定压下的可逆电池而言: (rGm)T，P = -Nfe (1) (2) (3)式中，F为法拉弟(Farady)常数;n为电极反应式中电子的计量系数;E为电池的电动势。可逆电池应满足如下条件: (1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。 (2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界。 (3)电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，亦即允许通过电池的电流为无限小。 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中，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。 可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为+，负极电势为，则: E=+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 为1)，其电极电势规定为零。将标准氢电极与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。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势已精确测出。 下面以铜锌电池为例：对铜电极可设计电池如下: Zn(S)ZnSO4(a1)CuSO4(a2)Cu(S)正极（铜电极）的反应为: Cu + 2e Cu 负极（锌电极）的反应为: Zn Zn + 2e电池反应： Cu + Zn Zn + Cu相应的电极电势分别为：Cu/Cu =0Cu/Cu （RT/2F）ln（aCu / aCu） Zn/Zn =0Zn/Zn （RT/2F）ln（aZn / aZn）所以，铜锌电池的电动势为E =Cu/Cu Zn/Zn= 0Cu/Cu 0Zn/Zn （RT/2F）ln（aCu aZn）/（aCuaZn）= E0 （RT/2F）ln（aCu aZn）/（aCuaZn）纯固体的活度为1，所以，上式变为：E = E0 （RT/2F）ln（aZn）/（aCu）电池电动势不能用伏特计来直接测量，因为当把伏特计与电池接通后，由于电池的放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断改变，因而电动势也会发生变化。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，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池的真正的电动势。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（或极小电流）通过时测得其两极的电势差。这时的电势差是电池的电动势。、实验步骤一、电极制备1、锌电极用砂纸轻轻打磨锌电极表面上氧化层，再用稀硫酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入ZnSO4(0.100moldm-3)溶液。2、铜电极用砂纸轻轻打磨铜电极表面上氧化层，再用稀硝酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入CuSO4(0.100moldm-3)溶液。二、电池的组合及其电动势的测量（重复测量3次，取平均）1、 ZnZnS04(0.1000M)CuS04(0.100M)Cu 2、 ZnZnS04(0.1000M)KCl(饱和)Hg2Cl2Hg 3、 HgHg2Cl2KCl(饱和)CuS04(0.1000M)Cu 实验装置图：、数据记录和数据处理 实验温度：29 实验气压：100.93KPa饱和标准电池A：1018.0mV E20=1.01864V饱和标准电池B：1018.0mV E20=1.01862V仪器误差：（1018.64+1018.62）/2-1017.95=0.68mV实测电动势（V）电动势平均值（V）校准值（V）Cu-Zn电池1.08721.08741.08751.08741.0881甘汞-Zn电池1.03911.03891.03881.03891.0395Cu-甘汞电池0.04750.04760.04770.04760.04831、根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式得，饱和甘汞电极（SCE）的电极电势为： SCE/V =0.2145-7.61*10(-4)*(302-298)=+0.2385V2、计算铜电极和锌电极的电极电势。 由实验数据表得E1=（1.0874+0.00068）V=+1.0881V，E2=（1.0389+0.00068）V=+1.0395V，E3= (0.0476+0.00068) V=+0.0483V铜电极的电极电势为SCE+E3=（0.2385+0.0483）V=+0.2868V,锌电极的电极电势为SCE-E2=（0.2385-1.0395）V=-0.801V3、计算实验温度下铜电极和锌电极的标准电极电势。 查表得，ZnSO4(0.100 mol/L) 的平均活度系数 =0.150 CuSO4(0.100 mol/L)的平均活度系数 =0.150 活度a(Zn)=M=0.150*0.100=0.015 a(Cu)=M=0.150*0.100=0.0150Cu/Cu =+ + （RT/2F）ln（1 / aCu） =+0.2868+(302*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=+0.3413V0Zn/Zn =- + （RT/2F）ln（aZn / aZn）=-0.801+(302*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=-0.7464VCuZn电池E=+ -=1.0877V0Cu/Cu =+ + （RT/2F）ln（1 / aCu） =+0.2868+(298*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=+0.3406V0Zn/Zn =- + （RT/2F）ln（aZn / aZn）=-0.801+(298*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=-0.7464VCuZn电池E=+ -=1.0877V4、计算298K时铜电极和锌电极的标准电极电势，并计算测量误差。TK标准电极电势(V)298K标准电极电势(V)298K标准电极电势(V) 文献值误差铜电极+0.3413+0.3413+0.337010.21%锌电极-0.7464-0.7466-0.76282.12%CuZn电池+1.0877+1.0879+1.09981.08%、思考问题1、电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用?如何保护及正确使用? 答：电位差计是根据补偿法测量原电池电动势的平衡式电压测量仪器，能准确测出被测电池的电动势。测量时须单独放置，不能用手触摸仪器外壳，测量完毕后，须将开关置于“调零”档，并将电池及时取下。标准电池是用于测量前对电位差计进行标定，以保证结果的准确度。使用和搬运时应避免震动，不允许倒置，且应避免光照。检流计是用以做示零指示，因为测量过程中要求工作回路与被测回路间无电流通过。工作电池是为了与参比电极构成工作回路，测量自身电极电势。2、参比电极应具备什么条件?它有什么功用? 答：参比电极(1）必须是可逆电极，它的电极电势也是可逆电势。(2）电极必须具有良好的稳定性和重现性。功用：将被测定的电极与精确已知电极电势数值的参比电极构成电池，测定电池电动势数值，就可计算出被测定电极的电极电势。3、若电池的极性接反了有什么后果? 答：若使用对消法测量原电池电动势，电池极性接反将导致回路的电压无法调整到零，即无法测定待测电池的电动势。4盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则? 答：盐桥的作用：(1）减小液接界电势。(2）防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。原则：(1）盐桥内的正，负离子的摩尔电导率应尽量接近。(2）盐桥内溶液必须与两端溶液不发生反应。I 注意事项：1. 甘汞电极使用时应将上面的塞子拔开。2. 注意甘汞电极的保护和轻放。3. 实验结束，将电压测定仪正负接线夹短路，关闭电源。实验结论：本次实验测得Cu-Zn电池、甘汞-Zn电池、Cu-甘汞电池在29C时的电动势分别为1.0881、1.0395、0.0483。由此计算出298K标准电极电势铜电极为+0.3413V，锌电极为-0.7464V，CuZn电池为+1.0877V，误差依次为10.21%、2.12%、1.08%。由本实验学习了