物化实验报告电池电动势的测定及其应用

1、物化实验报告电池电动势的测定及其应用篇一：华师物化实验-原电池电动势的测定与应用华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名：dxh 学号：专业：化学师范年级、班级：20XX级化教六班 课程名称：物理化学实验 实验项目：原电池电动势的测定与应用 指导老师：蔡跃鹏 实验评分：实验目的1. 掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法；2. 掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法； 3. 加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解； 4. 测定电池（1）的电动势；5. 了解可逆电池电动势测定的应用；6. 根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不同温度下的电动势值，计算电

2、池反应的热力学函数G、S、H。实验原理可设计成原电池的化学反应，发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极，发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极，两个半点池组成一个原电池。电池的书写习惯是左方为负极，即阳极，右方为正极，即阴极。符号“|”表示 ”表示。如电池反应是自发的，则其电动势为正，等于阴极电极电势E?与阳极电极电势E? 之差，即E?E?E?以铜-锌电池为例。铜-锌电池又称丹尼尔电池（Daniell cell），是一种典型的原电池。此电池可用图示表示如下：?ZnZnSO4(a1?1mol?kg?1)CuSO4(a2?1mol?kg?1)Cu?左边为阳极，起氧化反应ZnZn2?(a1)?2

3、e其电极电势为?E阳?E?E?RTa(Zn)ln 2Fa(Zn2?)右边为阴极，起还原反应Cu2?(a2)?2eCu其电极电势?E阴?E?E?RTa(Cu)ln2?2Fa(Cu)总的电池反应Zn?Cu2?(a2)Zn2?(a1)?Cu原电池电动势RTa(Zn2?)RTa(Zn2?)?=E? E?(E?E?)?lnln2?2?2Fa(Cu)2Fa(Cu)?E? 、E?分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势，a(Zn2?)和a(Cu2?)分别为 Zn2?和Cu2?的离子活度。本实验所测定的三个电池为：1原电池?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(AgNO3(?dm?3)Ag(s)? 阳极电极电势

4、E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?10?4(t/?25)?阴极电极电势 E?EAg?/Ag?E?Ag?/AgRTlna(Ag?)FE?/V?(t/?25) Ag?/Ag?原电池电动势 E?E?E?E?Ag?/AgRTlna(Ag?)?EHg2Cl2(s)/Hg F2原电池 ?AgAgCl(s)KCl(?dm?3)AgNO3(?dm?3)Ag? 阳极电极电势 E?E?AgCl(S)/Ag?RTlna(Cl?) FRTlna(Ag?) FRTlna(Cl?)a(Ag?) FE?AgCl(S)/Ag/V?(t/?25)? 阴极电极电势 E?EAg?/Ag?E?Ag?/Ag?E 原电池电动势

5、E?E?E?E?AgCl(S)/Ag?Ag/Ag?其中 ?kg?1AgNO3的?kg?1KCl的?稀水溶液中mol?dm?3浓度可近似取mol?kg?1浓度的数值。3.原电池?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(饱和)H?(?dm?3HAc?dm?3NaAc),Q?H2QPt?阳极电极电势 E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?10?4(t/?25)?阴极电极电势 E?EQ/H2Q?EQ/H2Q?RTlna(H?) FRTlna(H?)?EHg2Cl2(s)/Hg F?4EQ?25)/H2Q/V?10(t/?原电池电动势 E?E?E?EQ/H2Q?= EQ/H2Q?PH?EHg2Cl2(s

6、)/Hg F即 pH?EQ/H2Q?EHg2Cl2(s)/Hg?E)(/F)由此可知，只要测出原电池3的电动势，就可计算出待测溶液（HAc和NaAc缓冲溶液）的pH值。测定可逆原电池的电动势常采用对消法（又称补偿法），其原理和方法在附录1、2、3中作了详细的介绍。通过原电池电动势的测定，还可以得到许多有用的数据，如离子活度等。特别是通过测定不同温度下原电池的电动势，得到原电池电动势的温度系数(?ET)p，由此可求出许多热力学函数，如计算相应电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变?rGm?zFE，摩尔反应焓?rHm?E?E?S?zF p等。 及摩尔反应熵?zFE?zF prm?T?T如果电池反应中，反应

7、物和生成物的活度均为1，温度为，则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准E? 、?rGm 、和?rSm 。利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势，因此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数?rGm、?rHm、 ?rSm等比用量热法或化学平衡常数法求得的热力学数据更为准确可靠。原电池设计与制造的难度主要是电极的制备，所以对一些常用电极的制备方法作一些了解还是很有必要的（详见附录5）。仪器和药品ZDWC数字电位差计（含附件） 1台 AgNO3溶液 标准电池甘汞电极（饱和） 银-氯化银电极 光铂电极 银电极 吸耳球1个 KCl溶液 1支 HAc溶液 1支 NaAc溶液 1支 KNO3盐

8、桥 1个 100 ml烧杯3个 1个1支 醌氢醌固体粉末（黑色）洗瓶饱和氯化钾溶液1个 50 ml广口瓶10 ml移掖管3个 3支图 ZD-WC数字电位差计； 左图为全图，右图为操作面板实验步骤1.制备盐桥3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法：在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上表面皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶解。然后加入40g硝酸钾，充分搅拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入干净的U形管中，两端要装满，中间不能有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用。制备好的盐桥不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸。2.组合电池将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾

9、溶液的广口瓶中。将一个20mL小烧杯洗净后，用数毫升/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗，然后装此溶液至烧杯的2/3处，插入银电极，用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池。3.测定电池的电动势根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）的电动势理论值。正确接好测量电池（I）的线路。电池与电位差计连接时应注意极性。盐桥的两支管应标号，让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。用SDC数字电位差计测量电池（I）的电动势。每隔2min测一次，共测三次。 接通恒温槽电源进行恒温，使其分别达到、，温度波动范围要求控制在正负之内。把被测电池放入恒温槽中恒温15min，同时将原电池

10、引出线连接到SDC型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接），测定其电动势，每5分钟测1次，直至电位差计读书稳定为止。5然后调节恒温槽，令恒温升温5，重复上述操作，然后再升温并进行测定。6测量完毕后，倒去两个小烧杯的溶液，洗净烧杯的溶液。盐桥两端淋洗后，浸入硝酸钾溶液中保存。实验记录及数据处理?Ag/Ag?(t?25)?(?25)?Ag/Ag?Ag?/Ag?RT1lnFaAg?*ln?饱和甘汞?（?25）?E理论?Ag/Ag?饱和甘汞?E-T图篇二：大学物理化学实验报告-原电池电动势的测定物理化学实验报告院系 化学化工学院 班级 学号 姓名实验名称 ： 原电池电动势的测定 日期同组者姓

11、名 史黄亮 室温 气压 kPa成绩一、目的和要求1.学会一些电极的制备和处理方法；2.掌握对消法测定电池电动势及电极电势的原理和方法； 3.熟悉数字式电子电位差计的工作原理和正确的使用方法。二、基本原理测定电池电动势必须要求电池反应本身是可逆的，即电池必须在可逆的情况下工作，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此根据对消法原理（在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池）设计了一种电位差计，以满足测量工作的需要。T温度下的电极电势 T=T-(RT/2F)*ln(1/a); a= r*m (r参见附录表V-5-30)T=298+(T-298)+(T-298)2 ，为电池电极的温度系数： 铜电

12、极(Cu2+/Cu)，=- V/K，=0锌电极Zn2+/Zn(Hg)，= V/K，=*10-6 V/K三、仪器、试剂SDC-数字电位差综合测试仪、YJ56电镀仪 毫安表、饱和甘汞电极、U型玻璃管等；/L CuSO4溶液、/L CuSO4溶液、/L ZnSO4溶液、Hg2Cl2溶液、饱和KCl溶液、琼脂、氯化钾 、 铜片、锌片等。四、实验步骤、电极制备. 铜电极 取2片铜片，用沙皮纸将其表面打磨干净，再放入稀硝酸溶液中处理片刻，用蒸馏水冲洗干净； 将处理后的铜片放入电镀液(/L CuSO4溶液)中,与电源的负极相连，电源的正极与另一片铜片相连，回路中连有一只毫安表，调节电镀装置使毫安表的读数为4

13、0左右，电镀约1h； . 锌电极 取一片锌片，用沙皮纸将其表面的氧化物打磨去除，放入稀硫酸溶液中片刻，使其表面氧化物进一步反应完全； 用蒸馏水冲洗锌片后，将其放入Hg2Cl2溶液约6秒钟，使其表面汞齐化； 取出后再用蒸馏水淋洗，用纸吸干表面的水，放入 mol/L ZnSO4溶液中备用；、制盐桥 在100ml烧杯中加入适量蒸馏水，用电磁炉煮沸； 称取12g琼脂和20g纯KCl，加入沸水中 待固体完全溶解至溶液成浆糊状时，用胶头滴管将液体注入U型玻璃管中，注满且没有气泡； 冷却后即为盐桥；、测定各组电池的电动势a. (-) ZnZnSO4(/L)KCl(饱和)Hg2Cl2Hg (+) b. (-)

14、 ZnZnSO4(/L)KCl(饱和)AgClAg (+) c. (-) HgHg2Cl2KCl(饱和) CuSO4(/L) C u (+) d. (-) AgAgClKCl(饱和) CuSO4(/L) Cu (+) e. (-) ZnZnSO4(/L)CuSO4(/L) Cu (+) f. (-) CuCuSO4(/L) CuSO4(/L) Cu (+) 打开数字式电位差计的电源，打到内标档，各旋钮打至0处，按下归零按钮； 切换到测量档，将以上电池的正负极对应数字式电位差计的正负极连接好； 调整各旋钮，使右侧显示值为零(有时需要等待片刻至数值稳定)，此时左侧显示的数值即被测电池的电动势； 依

15、次测定6组电池的电动势并记录下数据。五、原始数据六、数据处理在实验温度下，饱和甘汞电极的电极电势为： ?SCE = *10-4*(T298)= *10-4*(273298) = V(1)-1?(Zn2+(L)|Zn)= ?SCEE(1)= () V = V-1?(Cu2+(L)|Cu)= E(2)?SCE= () V = V-1?(Cu2+(L)|Cu)= ?(Cu2+(L-1)|Cu)E(4)= () V = V在实验温度下，各电极的标准电极电势为：-1?(Zn2+(L) |Zn)=?(Zn2+-1(L) |Zn)RT/2F*1/(Zn2+) 则可得：?2+-12+-1(Zn(L)|Zn)

16、= ?(Zn(L)|Zn)RT/2F*1/(Zn2+)=*/(2*96500)* 1/ = V-1?(Cu2+(L)|Cu)=?2+-1(Cu(L)|Cu)RT/2F*1/(Cu2+) 则可得： 1/(Cu2+)?2+-12+-1(Cu(L)|Cu)= ?(Cu(L)|Cu)+ RT/2F*= */(2*96500)* 1/ = V对于电池4，它是浓差电池，所以两电极的标准电极电势相同 ?2+-1(Cu(L)|Cu)= V在298K下，各电极的标准电极电势为： 由?2+-1(Zn(L) |Zn)=?298(T-298)1/2(T298)2可得：(T298)1/2(T-298)22+-12+-1

17、298(Zn(L) |Zn)=?(Zn(L)|Zn)=*(298） *10(-6)*（298）2 = V?2+-12+-1298(Cu(L)|Cu)= ?(Cu(L)|Cu)(T298)1/2(T298)2= ()*（298） *10（-6）*(298)2 = V对锌铜电池：理论电动势：-12+-1E理 = ?(Cu2+(L)|Cu)- ?(Zn(L) |Zn)= （） = V实验值E实= V即E理 E实七、思考题1、为什么不能用伏特计测量电池的电动势？答：因为当把伏特计与电池接通后，必须有适量的电流通过才能使伏特计显示，这样电池中就发生化学反应，溶液的浓度就会不断改变。同时，电池本身也有内阻

18、，因而伏特计不可能有稳定的数值。所以测量可逆电池的电动势必须在几篇三：物化实验电动势的测定实验13 电动势的测定实验日期：20XX-4-13提交报告日期：20XX-4-151 引言实验目掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。+2+ 测定Ag/Ag、Zn/Zn电极电势和Ag浓差电池电动势。实验原理1、对消法测电动势的原理电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生电极极化，结果使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。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

19、用对消法（又叫补偿法）来测定电动势。对消法的原理是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。对消法测电动势常用的仪器为电位差计，其简单原理如图1所示。电位差计由三个回路组成：工作电流回路、标准回路和测量回路。1） 工作电流回路AB为均匀滑线电阻，通过可变电阻R与工作电源E构成回路。其作用是调节可变电阻R。使流过回路的电流为某一定值，这样AB上有一定的电位降产生。工作电源E可用蓄电池或稳压电源，其输出电压必须大于待测电池的电动势。2） 标准回路S为电动势精确已知的标准电池，C是可在AB上移动的接触点，K是双向开关，KC

20、间有一灵敏度很高的检流计G。3） 测量回路当双向开关K换向X一方时，用AC2GS回路根据校正好的AB上的电位降来测量未知电池的电动势。在保持校准后的工作电流不变（即固定R）的条件下，在AB上迅速移动到C2点，使G中无电流通过，此时X的电动势与AC2间的电位降等值反向而对消，于是C2点所标记的电位降数值即为X的电动势。2、 电极电势的测量原理电池是由两个电极（半电池）组成的。电池电动势是两电极电势的代数和。当电极电势均以还原电势表示时， 图1 对消法测电动势原理图E?又有?=?(?)? 通过这两个式子即可进行电极电势的计算。在电化学中，电极电势的绝对值至今还无法测定，而是以某一电极的电极电势作为

21、零。然后将其他的电极与它组成电池，规定该电池的电动势为该被测电极的电极电势。通常将标准氢电极（即氢气为Pa下的理想气体、溶液中氢离子获度为1）的电极电势规定为零。由于氢电极制备及使用不方便等缺点，一般常用另外一些制备工艺简单、易于复制、电势稳定的电极作为参比电极来代替氢电极。常用的有甘汞电极和氯化银电极等，这些电极与标准氢电极比较而得到的电势已精确测定。本实验要求制备锌电极、银电极，然后用饱和甘汞电极作参比电极，测量这两个电极的电极电势、测量银浓差电池的电动势。2 实验操作实验仪器精密电位差计（包括直流稳压电源、分流器、补偿电位计；标准电池、检流计各1台）；半电池管3个；饱和甘汞电极1只、锌电

22、极1只；银电极2只；15ml小烧杯5个。/Kg ZnSO4、/Kg AgNO3、/Kg KCl、饱和KCl盐桥、饱和KNO3盐桥、饱和硝酸亚汞溶液。实验操作步骤及方法要点电极制备1）锌电极用抛光砂纸将锌电极表面打磨光滑，然后用自来水冲洗，用滤纸擦干，再浸入饱和硝酸亚汞溶液中3-5秒，取出后用滤纸擦拭锌电极，使锌电极表面有一层均匀的汞齐，再用蒸馏水洗净（注意：汞盐有毒，用过的滤纸应投入指定的容器中。容器中应有水淹没滤纸，切勿随便乱丢）。2）银电极将两根银电极用抛光砂纸轻轻擦亮，再用蒸馏水洗净擦干。把处理好的两根Ag电极浸入AgNO3溶液中，测量其间的电动势值。两根电极间的电位差小于伏方可在浓差电

23、池中使用，否则。需重新处理电极或重新挑选电极。Zn|ZnSO4半电池的制作和测定1）Zn|ZnSO4(/L)半电池的制作安装半电池。用洗耳球从支管D处将(/Kg)ZnSO4溶液慢慢吸入半电池管少许，洗涤两次后，吸入适量溶液，立即把D处夹紧。然后取出半电池，检查管内有无气泡以及溶液是否从管内流出。2）电动势的测定参看电位计的使用说明书，弄懂电位差计的使用方法，并接好测量线路。选择合适的盐桥，然后测量下列电池的电动势：Zn|ZnSO4(/L)|饱和甘汞电极。Ag|AgNO3半电池的制作和测定+1） Ag|Ag (/L)半电池的制作制作方法同Zn|ZnSO4(/L)半电池的制作。2）同理，选择合适的

24、盐桥，然后测量下列电池的电动势：+ 饱和甘汞电极| Ag (/L)| Ag+ Ag|Ag(b)KCl(/L)半电池的制作和浓差电池的测定+1）Ag|Ag(b)KCl(/L)半电池的制作在一干净的小烧杯中加入/Kg KCl溶液，再加入一滴/Kg AgNO3溶液，搅拌均匀，呈白色混沌溶液。将此溶液吸入插有银电极的半电池管内，将D处夹紧，检查有无漏气。2） 同理，选择合适的盐桥，然后测量下列电池的电动势：+Ag|Ag(b)KCl(/L)与Ag|AgNO3(/L)电动势与温度关系的测定调节恒温槽的温度为20，温度恒定10min后，测定Zn|ZnSO4(/L)|饱和甘汞电极的电动势。升温5左右，测定20-50下的电动势。3 结果与讨论实验记录 实验条件室温：湿度：49%大气压：电动势的测量Zn|ZnSO4半电池 mVAg|AgNO3半电池 mV+Ag|Ag(b)KCl(/L)|Ag|AgNO3(/L)浓差电池 mV电动势与温度关系数据处理计算室温下饱和甘汞电极的电极电势。根据公式?= ? 10?4（t/?25）饱和甘汞电极的电极电势： ?= ? 10?4（?25）= V根据所测电动势的实验值分别计算Zn|Zn和Ag|Ag的电极