铜锌原电池电动势的测定及应用

1、铜锌原电池电动势的测定及应用实验目的1. 掌握对消法测定电池电动势的原理及电位差计的使用方法。2. 通过电池电动势的测量，加深理解可逆电池、盐桥等基本概念3. 学会金属电极的制备和处理方法。4. 通过原电池电动势的测定掌握有关热力学函数的计算。实验原理关系：止总=片畀=汎摘p铜锌原电池是由两个“半电池”所组成，而每一个半电池中有一个电极和相应 的电解质溶液。在铜锌原电池放电反应中，正极起还原反应，负极起氧化反应, 电池反应是两个电极反应的总和，其电动势为组成该电池的两个半电池的电极 电势的代数和。在恒温恒压、可逆条件下，各热力学函数与电池电动势有如下（1）式中：F是法拉第常数（96485.34

2、C）, z是电池输出元电荷的物质的量，E是 可逆电池的电动势。故只要在恒温恒压下测出铜锌电池的电动势 E和电动势的温度系数，便可求出各热力学函数。书写电池的电动势和电极电势的表达式:电池结构 引工込6衣J 1 CuSOt （a壬* ）|Cti负按厦应Zn $ 2廿封（.鬲冲*） 4 2总正眾反应Tc吐电池总戾应根据能斯特方程，可得电池的电动势与活度的关系式:E = SCFT、-kizF由于Cu Zn为纯固体，它们的活度为 1则式（4）可书写为:式中刖 为溶液中锌离子的活度 *）和铜离子的活度（口打均等于1时的电池的电动势（即原电池的标准电动势）的数值可由下法得到。(6)=E+-E-E0以标准氢

3、电极作为标准（标准氢电极是氢气压力为100kPa,溶液中口为1, 其电极电势规定为零）测得。将标准氢电极作为负极铜电极作为正极组成电池测 定E（Zn|Zn2+）,标准氢电极作为负极锌电极作为正极组成电池测定(7)(8)=-zFEE(Cu|Cu2+RT ln a(Zn)E(Z n|Z n2+)= E(Z n|Zn 2+)- 2F a(Zn2+)RT ln a(Cu)E(Cu|Cu2+)= E(Cu|Cu2+)-齐 a(Cu 2+)得出 EZn|Zn2+)，(Cu|Cu2+)。由(6)得 0由E!还可以计算出 rGm B,可由下式求出：rGm0（9）_E计算原电池反应电动势的温度系数（T ） p

4、o测定不同温度下铜锌原电池的电E动势，作E-T图求斜率，斜率即为（T ） p实验仪器及试剂仪器：SDC, b数字电位差综合测试仪1台（南京桑力电子设备厂），铜电极1支, 锌电极1支，50ml烧杯2只，恒温装置一套，U型管。试剂：X 103 ZnSO4 , X 103 mol m-3CuSO4 1 : 3的稀硝酸，稀硫酸溶液，饱和KN03溶液，琼脂，乙醇。实验步骤1. 电极制备（1）铜电极的制备：将铜电极在 1 : 3的稀硝酸中浸泡片刻，除去氧化物，用水 冲洗干净。以此电极作为负极，另一铜板作正极在镀铜液中电镀（镀铜液组成为： 每升中含，25gH2SO4 50mL乙醇），控制电镀的电流为20mA

5、,电镀20min得表面 呈红色的Cu电极，洗净后放入 的CuSO4溶液中备用。（2）锌电极的制备：将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻，除掉锌电极上的氧化层。取出后用自来水洗涤，再用蒸馏水淋洗，然后浸入饱和硝酸亚汞溶液中610s， 取出后用滤纸擦拭锌电极， 使锌电极表面上有一层均匀的汞齐， 再用蒸馏水洗净（汞 有剧毒，用过的滤纸不能乱丢，应放入指定的地方），将洗净后的锌电极插入的Zn SO4溶液中待用。2. 盐桥制备简易法用滴管将饱和KNO3或 NH4NO3溶液注入U型管中，加满后用捻紧的滤纸塞紧U型管两端即可，管中不能存有气泡。凝胶法称取琼脂1g放入50mL饱和KNO3溶液中，浸泡片刻，再缓慢加热

6、至沸腾，待 琼脂全部溶解后稍冷， 将洗净之盐桥管插入琼脂溶液中， 从管的上口将溶液吸满 （管 中不能有气泡 ），保持此充满状态冷却到室温，即凝固成冻胶固定在管内。取出擦净 备用。3. 电动势测定：（1）.开机 5分种后，如果使用 内标做基准（不用外配的标准电池），就将功能档旋至内标位，将最大档X100V调至1处，其余各档都调至0处，补偿档调至最小。这等于是给出了的标准，此时按采零键，使检零指示显示为-)。然后将功能档旋到测量位，将红线夹接铜电极，黑线夹接锌电极(切勿接错了)，稳定一段时间后开始测电池：-Pt|H2(g,100kPa)|H+a(H+)=1|Cu2+a(CiF)|Cu+ 的电动 势

7、。办法是由大档位到小档位依次逼近电动势值(刚开始测量时，检零指示档会显示或*.*,随着测量值的逼近，绝对值越来越小，但不能为正值)，直至检零指示档为(如最后不为，则缓缓旋补偿档，使检零指示刚好显示)， 记录这个时候的读数。注意，只有原电池真正处于平衡状态，测出的值才会稳定不 变。因此要尽可能使被测电池平稳、不受振动、不含气泡、室内气温恒定。(2).同样的操作侧电池：-Pt|H2(g,100kPa)|H+a(H+)=1 |Zn 2+a(Zri2+)|Zn+ 的电动 势。(3.控制恒温浴温度为25C，将电池：Zn|ZnSOi(0.100X lO3mjol.m3) II CuSC(0 IOC X103 molm3)|Cu置于恒温浴中恒温1520分钟。根据要求正确连接好电位差计，重复(1) 操作测量250C下的电动势。同理测定30C,35C,40C ,45C下该电池的电动势。4. 整理仪器。数据处理1计算 rGmDE/V平均E/VE/V铜锌电池E/V rGmD铜电极锌电极E2 计算原电池反