电池电动势的测定及其应用实验报告

1、电池电动势的测定及其应用一、实验目的：1了解对消法测定电池电动势的原理；2 掌握电动势测定难溶物溶度积(Ksp )的方法;3. 掌握常用参比电极银一氯化银电极的制备方法。二、实验原理：电池由两个半电池组成(半电池包括一个电极和相应的电解质溶液)，当电池放电 时，进行氧化反应的是负极，进行还原反应的是正极。电池的电动势就是通过电池的 电流趋近于零时两极之间的电位差。它可表示成：式中E.、E 一分别表示正、负电极的电位。当温度、压力恒定时，电池的电动势E (或电极电位E .、E _)的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活度。电极电位与有关 离子活度之间的关系可以由 Nernst方程表示：E-巴

2、1 n 二 aBB(16-1)zF B式中：z为电池反应的转移电子数，.b为参加电极反应的物质B的化学计量数，产物 :B为正，反应物：b为负。本实验涉及的两个电池为：(1) (一) Ag (s)，AgCl (s)| KCl (0.0200 mol L-1 )| AgNO3 (0.0100 mol L-1)| Ag (s) (+ )(2) (一) Hg (l)，Hg2Cl2 (s)| KCl (饱和)| AgNO3 (0.0100 mol L-1 )| Ag (s) (+ ) 在上述电池中用到的三个电极是：(1) 银电极：电极反应：Ag (0.01mole； Ag(16-2)其中：EAg /Ag

3、 丄 0.7991 -0.00097(t-25) V式中：t为摄氏温度(下同)，(2) 甘汞电极：电极反应：HgCl 2(s) 2e 2Hg(l) 2Cl _(aCl J(16-3)对于饱和甘汞电极，温度一定时，aCl_为定值，因此饱和甘汞电极电位与温度有关，其关系式为：EHg2Cl2(s)/Hg 0.2415 -0.00065(t - 25) V(3) 银一氯化银电极电极反应AgCl(s) e = Ag Cl -(aCl _)(16-4)根据溶度积关系式aAg aCl - = Ksp得白RT =E AgCl (s)/ Ag ln aCl_(16-5)式中：ElAgCl(s)/AgAg /Ag

4、 -rT|n KSP =0.2224 0.000645(t25) V由上式可见，利用 Nernst关系式可求得难溶盐的溶度积常数，为此我们将(16-2)、(16-4)两个电极连同盐桥组成电池(I)，其电动势可表示为：=E A /Ag ? - E AgCl(s)/Ag /RTRTRT= EAg /Ag yl naAg -(EAg /Ag乍 l nKSP-l n % _) RTRT=一正1 nKSP l n(aAg acl整理得：因此，给定电池（I）中左右半电池活度aCl jn aAg+， 即可求出AgCl的溶度积常数。电池电动势一般采用Pogge ndoff对消法测定。 姆定律，电池电动势E =

5、I（R r） =V Ir , r为电池内阻。 中电流I 0时，此时E=V，这就是对消法的基本原 测量方法如图1所示。当K与En连接时，移动接触 使G中无电流通过，此时AC上的电位降等于标准 电动势，又因AB是均匀电阻，故有 而当K与待测电池Ex连接时，移动触点C，使回路 电流为零，贝EF1 RT j若测得电池（I）的电动势，依上式ft捕准电龍工柞电聽+ L (16-6)根据欧 当回路 理，其 点C， 电池的对消法原理示意图AC和AC，就可求得待测电池的电在温度一定时，标准电池电动势 En是定值，只要测量 动势Ex。三、仪器和药品：仪器和材料：UJ25型直流电位差计（或数字式电位差综合测试仪）；

6、直流复射式检流计 （10-9A/mm）;毫安表；标准电池；甲级干电池（甲电池）；饱和甘汞电极；银电极； （纯度99.5%）; KNO3盐桥；10mL小烧杯；电阻箱。药品：饱和KCl溶液；0.0200 mol L-1KCI溶液；0.1 mol L-1HCI溶液；稀氨水。四、实验步骤：1. Ag/AgCl电极制备取经退火处理过、直径约为 0.5mm的银丝3根， 相砂纸擦至发亮以除去银丝表面的氧化物，然后在稀 中浸泡数分钟。取出用高纯度水洗净，再用滤纸吸干 用。将其中二根银丝作阳极，0.1M的HCI溶液中，按图电阻使阴极电流密度大约为5mA/cm2,电解20分钟， 丝表面覆盖一层棕黑色的 AgCl镀

7、层。镀层以均匀、 为好。电解完毕取出制好的电极，用纯水洗净，再用 吸干（但不可用滤纸摩擦，以防镀层剥落）。由于拉丝时引入杂质， 图2电极制备装置示意图差最大可达土 5mV，但该电极稳定性尚好，可用作参比电极。4-电源电极制备：电流值的选取（按电流密度 3mA/cm2,浸入0.1MHCI中，长度为2cm（2根），银丝直径 为0.5mm计算） 银丝表面积2n R*h=nD n *h另一根作阴极，分别插2所示的线路接通电路,mA 二 i =银丝用金 氨水 备 入调节 使银 致密 滤纸电极电位偏1, 2-银电极；3-电阻箱;匸Pi*S=5mA/cm2* n *0.5*10*2cm/根*2 根=3.14

8、mA , 取 3mA若银丝长度为 3cm,则 匸Pi*S=5mA/cm2*3.14*0.5*10 -1*3cm/根*2 根=4.2mA 约 4.5mA在HDY-1恒电流仪上，若量程为10mA，电流量为-0.3mA,电压为+-0.45mA*(10mA)=4.5mA此时，红色夹子为“ + ”极，通过的电流密度为5mA/cm22. 盐桥的制备所谓“盐桥”，是指正负离子迁移数比较接近的盐类溶液(如 KCI、KNO3和NH4NO3 等水溶液)所构成的桥，用来连接两个半电池中的两个溶液，使其不直接接界，以消除或 减小液体接界电势。以 KNO3盐桥为例，其制备方法是以琼胶：KNO3 : H2O=1.5: 2

9、0：50的比例加入到烧杯中，加热溶解，用滴管将其灌入干净的U形管中，U形管中及管端不 能留有气泡，冷却后待用。3. 组建电池(I)用1支Ag/AgCl电极、一个KNO3盐桥和一支Ag/Ag +电极组成电池(I)，并依照电 位差计使用说明，接好电动势测量线路。注意：标准电池、工作电池的正、负极不能接错。 盐桥在插入之前要用蒸馏水淋洗(切勿用自来水！)，并用滤纸轻轻擦干，插入时注意在 U 形管口不要留有气泡。两烧杯的液面基本平齐。为了节省溶液，液面在烧杯1/31/2处即可。4. 校正工作电流先读取环境温度，校正标准电池的电动势，调节直流电位差计面板右上方标准电池温 度补偿旋钮至计算值。将转换开关拨

10、至“N”处，转动电位差计面板右方的工作电流调节旋钮“粗”“中”“细”“微”，使工作电流符合标准，校正完毕后，右方的工作电流调节旋 钮在测定过程中不要再动。5. 测电池(I)电池电动势将转换开关拨至未知“ X1”或“X2”处，将一支Ag/AgCl电极浸在0.0200 molL-1KCI 溶液中，测量此电池的电位，直至电位值在23分钟内基本不变(变化0.1mV)为止。Ag/AgCl电极在安装时应注意，勿将露出的银与溶液接触。重复测定步骤，再测另一支 Ag/AgCl电极的电位。6. 组建电池(U)用饱和甘汞电极、KNO3盐桥和银电极组成电池(U)。安装甘汞电极时应注意拨去橡 皮套和橡皮塞，并使甘汞电

11、极内的液面高出烧杯中的液面。7. 测电池(U)电池电动势按步骤5测定。五、数据处理：A .理论值计算(实验温度 T=14C)：(1) E 0甘汞电极= 0.2415-0.00065 (14-25) =0.2487 (V)E Ag/Ag+ = 0.7991-0.00097 (14-25) =0.8098 (V) E Ag/AgCl = 0.2224-0.000645 (14-25) = 0.2295 (V)(2) 电池 I: E= E+ - E- =E 0Ag/Ag+ + RT/F ln aAg+ EAg/Agcl + RT/F ln acl-=0.8098- 0.2295+ (8.314*28

12、7.15/96485)* ln (0.01*0.9*0.02*0.8)=0.3614 (V)电池U: E = E + - E - = E Ag/Ag+ + RT/F ln aAg+ - E 甘汞电极-RT/F ln acl-=0.8098-0.2487+ RT/F ln aAg+/ acl-=0.4474 (V) E = E 0Ag/Agcl - E 0Ag/Ag+ - RT/F ln (1/Ksp)=0(平衡)In Ksp = EF/RT= -(0.5803*96485)/ (8.324*287.15) = -23.9523988-11Ksp=3.95585*10B 实验值：实验温度：14C

13、大气压:102.10kPa实验温度下的标准电动势 _1.01884V1. 电池(1):-1-1(一) Ag(s),AgCI(s)|KCI(0.0200 mol L )|AgN03(0.0100 mol L )| Ag(s)(+)电池反应：Ag/AgCl 电极编号电动势 （V）理论计算值测 量值10.36141 0.3603252 0.360326 平均 0.36032620.36141 0.3583692 0.358323 平均 0.358346总平均0.3593362. 电池(n):(一) Hg(1),Hg2Cb(s)|KCI(饱和)|AgNO3(0.0100 mol L -1)|Ag(s)

14、(+)电池反应：电 动 势 （V）理论计算值测量值0.4474120.4412720.441297 平均 0.441284六、讨论注意的问题：1.测定线路接入时，标准电池应最后接入。2测定时，按钮不能长时间按下。3电极制备时，AgCl镀层应尽量卡些（浸入HCI液中的银丝应尽量长些）以免测定时未镀 AgCl的银丝浸入溶液。4.测量时小烧杯内溶液尽量等高。5甘汞电极使用时应拔去橡皮塞和橡皮套，电极内应有KCl晶体，电极内应有KCl晶体,电极内液面应高于小烧杯内液面。6. 电极制备时，电流大小的制备 匸J*A测。七、思考题：1、实验前为什么要读取室温？答案：为了求出室温下标准电池的电动势值，用于标准

15、电池的校正。2、如何测定未知电池的电动势（操作）答案：1）拔出“外标插孔”的测试线，再用测试线将被测电池按正、负极对应插入“测量插孔”。2）将“测量选择”旋钮置于“测量”，将“补偿”旋钮逆时针旋到底。3）由大到小依次调节面板上“ 10 0-10-4 ”五个旋钮，使“电位指示”显示的数值为负且绝对值最小。4） 调节“补偿旋钮”，使“检零指示”显示为“ 0000”，此时“电位指示” 数值即为被测电 池电动势的值。5）重复上述各步，每隔 2min测量一次，每个温度测三次，同时记录实验的准确温度即恒温槽 中温度计的温度。6） 然后调节恒温槽的温度分别为其余4个温度，重复上述操作，测上述温度下电池的电动

16、势E。3、测定时为什么绝对不可将标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置？答案：标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置会破坏电池中电极间的界面，使电池无非正常工作。4、盐桥有什么作用？答案：盐桥可降低液体接界电势。5、可逆电池应满足什么条件？应如何操作才能做到？答案：可逆电池应满足如下的条件：电池反应可逆，亦电极电池反应均可逆。电池中不允许存在任何不可逆的液接界。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进行，亦即要求通过电池的电流应为无限小。 操作中（1）由电池本性决定；（2）加盐桥降低；（3）用对消法测量。6、在测量电池电动势时，尽管我们采用的是对消法，但在对消点前，测量回路将有电

17、流通过，这时测得的是不是可逆电池电动势？为什么？答案：因为有电流通过，不能满足可逆电池第三点，所不是可逆电池电动势。7、 为什么用伏特表不能准确测定电池电动势？答案：不能用伏特计测量电池电动势，就是因为使用伏特计时，必须使回路中有电流通过才能驱动指针旋转，所测结果为不可逆电池两极间电势差，不是可逆电池电动势。8、参比电极有什么作用 ？答案：参比电极（二级标准电极）作用是代替标准氢电极测定电池电动势。9、醌氢醌（Q QH2）电极有什么用途？答案：可做为参比电极测溶液瓣 PH值或氢离子浓度。10、电池在恒温时（没测量时）为什么要将电钳松开？答案：防止电极极化11、 禾U用参比电极可测电池电动势，此

18、时参比电极应具备什么条件？答案：参比电极应具备条件是：容易制备，电极电势有一定值而且稳定。12、如何制备醌氢醌（Q QH2）电极？答案：在待测液中放入一定量的（Q QH2），搅拌使这溶解，然后将一根铂电极放入待测液中。13、为何测电池电动势要用对消法？对消法的原理是什么？答案：可逆电池要求电路中无电流通过，用对消法可满足这个条件。用一个方向相反，数值相等的外电势来抵消原电池的电动势，使连接两电极的导线上I Q，这时所测出的E就等于被测电池的电动势E。14、如何由实验求电池的温度系数;:E汀p，答案：通过测定恒压下电池在不同温度下的电动势E,由E-T数据作E-T关系图。从曲线的斜率可求任意温度下

19、的温度系数王：T p，r*15、选用作盐桥的物质应有什么原则？答案：选用作盐桥的物质应有什么原则： 盐桥中离子的r. r , t t，使E 0。+j 盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。 常用饱和KCI盐桥，因为Q与Cl-的迁移数相近。作为盐桥的溶液不能与原溶液发生反应，当有Ag+时用KN（3或NH|N（3。16、 在测量电动势之前如何进行校准化操作？（操作题）答案：0）根据室温按公式 Es=1.0183-4.06 1区5（t-20）,计算标准电池在该室温下的 Es。1）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2） 、将已知电动势的标准电池按“+ ” “一”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“ 10

20、-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池数值相同。4） 、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。17、如何调节恒温槽温度？答案：例45.8 .1C。按下 恒温控制器”的电源开关，左下角的红色按钮 t左侧窗口显示的是当前 恒温槽中的水温 t按 控制器”上的 箭头”按钮进行调温t至右侧窗口设置实验温度区，十位 数闪烁，t通过按“” “按钮使十位数为 “4”再按 箭头”按钮，至个位数闪烁，数字为“ 5”继续按 箭头”按钮，至小数点后第一位数闪烁，数字为“ 8”继续按 箭头”按钮，至左侧窗口的 工作”灯亮，表示恒温槽开始工作 ”按 控制

21、器”上的 回差”按钮，至0.1”将 玻璃 恒温水浴”上的 加热器”上的 开，关”按钮至 开”档 强，弱”按钮至 强”档”将 玻璃恒温 水浴”上的 水搅拌”上的 开，关”按钮至 开”档 快，慢”按钮至 慢”档”设置完毕，设置的 温度为45.8 .1C。18、sdc-nA型电位差计测定电动势过程中如何修正?答案：0）根据室温按公式 Es=1.0183-4.06 1区5（t-20）,计算标准电池在该室温下的 Es。1）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2）、将已知电动势的标准电池按“ + ” “一”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“ 10-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池数值相同。4） 、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。佃、如何使用甘汞电极，使