实验十六-可逆电池电动势的测定

实 验 报 告 一、 数据记录和处理1. 室温时各电池的电池电动势测定 T室温= 289.15K 表1 室温时各电池的电池电动势电池E/V/V123a0.4558270.4550270.4550970.455317b0.2023230.2004010.1990000.200575c0.5002980.5004380.5005130.500416d0.4444300.4436990.4436460.443925 2. 数据处理（1）写出a、b、c、d各被测电池的表达式、电极反应和电池反应。a. 电池的表达式：HgHg2Cl2 (s)KCl(饱和)AgNO3(0.0100 mol/L)Ag电极反应: Hg + Cl-（饱和） + Ag + = 1/2 Hg2Cl2 + Ag负极：Hg+Cl-（饱和）= 1/2 Hg2Cl2 +e- 正极：Ag + e-= Agb. 电池的表达式：HgHg2Cl2 (s)KCl(饱和)Q,QH2,H+Pt电极反应: C6H4O2（醌）+ 2H+ + 2e- = C6H4(OH）2（氢醌）负极：2Hg+ 2Cl- - 2e- Hg2Cl2 正极：Q + 2H+ + 2e- QH2c. 电池的表达式：HgHg2Cl2(s)KCl(饱和)AgNO3(0.100 mol/L)Ag电极反应: Hg + Cl-（饱和） + Ag + = 1/2 Hg2Cl2 + Ag负极：Hg+Cl-（饱和）= 1/2 Hg2Cl2 +e- 正极：Ag + e-= Agd. 电池的表达式：AgAgCl (s)HCl (0.1 mol/L)AgNO3(0.100 mol/L)Ag电极反应: Ag + Cl-= Ag 负极：Ag + Cl- - e- AgCl 正极：Ag+ + e- Ag（2）由电池（a）的电动势计算银电极电势。根据能斯特公式计算银电极的标准电极电势。与文献值比较，求相对误差（已知0.0100AgNO3溶液的离子平均活度系数=0.90）。饱和甘汞电极电势和银电极的标准电极电势文献值见附表9-17。查附表9-17计算饱和甘汞电极的电极电势和银电极的标准电极电势：0.24735 V=0.80773 V 由得： 0.70267 V 再由能斯特方程得=0.70267 + 8.314*289.15/96500*ln(1/0.01) =0.81739 V 并计算银电极标准电极电势的相对误差： 相对误差=(0.81739-0.80773)/0.80773*100%=1.20%（3）由电池（b）的电动势求醌氢醌电极的电极电势和缓冲溶液pH。醌氢醌电极的标准电极电势见附表9-17。根据缓冲溶液的浓度和醋酸的电离常数（查附表9-15），计算缓冲溶液pH的理论值，与上面用电动势法测得的pH相比较，求相对误差。已知25时0.1NaAc的离子平均活度系数（=0.791）。查附表9-17计算醌氢醌电极的标准电极电势：0.6994 0.00074*(t -25) = 0.70606 V由得：=0.200575 + 0.24735=0.44793 V再由得缓冲溶液的pHpH = (0.70606 0.44793)*96500/8.314/2.303/289.15=4.50根据缓冲溶液浓度和醋酸的电离常数（查附表9-15），计算缓冲溶液pH的理论值查附表9-15得醋酸的电离常数=1.745*10-5再由pH=-lg（1.745*10-5）- lg0.1/(0.1*0.791)= 4.656并计算醋酸溶液pH的相对误差： 相对误差=（4.656-4.50）/4.656*100%=3.35%（4）*由电池（c）的电动势计算0. 1000AgNO3溶液的离子平均活度系数。银电极标准电极电势用附表9-17中的关系式求得。由得：0.500416 + 0.24735=0.74777 V再由银电极的能斯特方程得=0.090095由则 =0.090095/0.100=0.90095（5）*由电池（a）、（c）的电动势计算下列浓差电池的电动势，与用能斯特公式计算结果相比较，0. 1000AgNO3溶液的=0.734。由得：0.70267 V得：0.74777 V再由=0.0451 V该浓差电池的负极反应：Ag(s) - e- Ag+(aq)正极反应：Ag+( aq) + e- Ag(s)电池反应：Ag+(0.1000molKg-1) Ag+(0.0100molKg-1)由浓差电池的能斯特方程求=0.050615 V（6）*由电池（d）的电动势计算氯化银溶度积。已知0.10HCl溶液离子平均活度系数=0.796。 由电池d的电池反应写出能斯特方程求氯化银的： 由于此电池反应的标准平衡常数为氯化银溶度积的倒数 经简化得 = = = -22.96所以= 1.06510-10二、 回答问题及讨论1 测定电池电动势为什么要用补偿法？本实验的测定过程中，在找到光点不偏转的位置之前，仍有电流通过被测定电池，对测量会带来什么影响？如何减少这些影响？答：热力学可逆电池的条件之一就是必须非常接近平衡状态，即通过的电流无限小，所以因此要用补偿法来削减电流，使待测电池工作在可逆状态。影响：有电流通过时会使电极极化，使测得的电动势偏小。措施：减少电流通过电池的时间，可以实现预估电池电动势的大小，然后迅速调节。2 在测量时找到平衡点后（即检流计光点不偏转时），附图4-3中段电阻中有无电流通过？电流方向如何？段线路中有无电流通过？电流方向如何？答：CC段有电流通过，方向由C到C， 段无电流通过。3 UJ25型电位差计中测量盘线路（见附图4-4）对应附图4-3中的哪部分线路？答：对应CC段电阻。4 若检流计光点只向一边偏转，因而找不到光点不发生偏转的平衡点，试分析可能的原因是什么？答：待测电池的正负极接反了；工作电池的电压太低。5 盐桥的作用是什么？一般物理化学教科书中介绍的比较理想的盐桥用电解质是KCl与NH4NO3。本实验中为什么不用这两种电解质，而用饱和KNO3溶液制备盐桥？答：盐桥作用：降低液面接触电势，并且连通电路。本实验中由于Cl-及NH4+都会与Ag+发生反应，分别生成沉淀和络合物，影响电极电势测定，故选用饱和KNO3溶液制备盐桥。6 检流计的使用及维护中最重要的注意事项是什么？标准电池及工作电池的作用有什么不同？使用标准电池时应注意哪些问题？答：检流计注意事项：检流计使用时不能剧烈震动；通过检流计的电流在额定的范围内并且时间尽量短；检流计使用后将量程调节至短路档位。