【清华】电动势

1、电动势的测定化 63 宋光 2006011931同组实验人：卢颖达实验日期：2021年5月14日提交报告日期：2021年5月28日1引言本实验中制备锌电极、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动势、测量银浓差电池的电动势.1.1实验目的：1、掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法.2、了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念.3、测定Ag+/Ag、Zn/Zn2+电极电势和 Ag浓差电池电动势.1.2实验原理：电极电势的测定原理：电池使由2个半电池组成的.电池电动势是两电极的代数和.当电势都以复原电势表示时,力=中十一炉F以丹尼尔电池为例：Zn|Zn2+(a1)|Cu2+

2、(a2)|Cu负极反响：Zn - Zn2+2e-_= (Zn2 /Zn) -RT|n1a(Zn2 )正极反响：Cu2+2e-Cu：+ 二 (Cu2 /Cu)RT 1 一ln2F a(Cu2 )电池反响：Zn+Cu2+一 Cu+Zn 2+E=E _2+式中(Zn 2 /Zn)E0为溶液中锌：m 2 (Cu /Cu)分别为锌电池和铜电池的标准电势.离子的活度a (Zn2+)和铜离子的活度 a (Cu)均等于1时的电池电动势.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零, 准氢电极电势规定为零. 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

3、制、电势稳定的电极, 如甘汞电极和氯化银电极等, 作为参比电极来代替氢电 极.然后将其它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2实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图仪器：表1仪器列表型号稳压电源XY-965K新英电器数字电位差计UJ330-1上海精密科学仪器参比电极232型误差：0.04%Ox+200 aV半电池管3个饱和甘汞电极1只锌电极1只银电极2只小烧杯15ml 2 个药品：0.1000mol/kg-1ZnS04、0.1000mol/kg-1AgCl , 0.1000mol/kg-1KCl、饱和 KCl 盐桥、饱和KNO3盐桥、饱和硝酸亚汞溶

4、液.2.2 实验条件室温:24.0 C2.3 实验操作步骤及方法要点电极使用前应用砂纸打磨.注意废液和废纸回收本实验检流计可直接使用“测量挡,不要换档.每次测量后调回“调零挡.半电池管和小烧杯要清洗干净,实验前检查半电池管是否漏气.制作和使用半电池时, 尽量防止用手长时间握半电池管,以免电池管内温度升高,引起漏液和测量误差AgNO3在半电池中可能产生沉淀,因此测量应迅速地和U向由极锹和K匚1都灌图1 测量Zn ZnSO4(0.1000mol|_L,)电极电动势装置图3结果与讨论3.1 原始实验数据表2原始数据记录表电池123平均值/mVZnZnSO4(0.1000mol L)1042.3104

5、2.81043.21042.8AgNO3(0.1000mol/L) Ag488.7489.4489.9489.3浓差电池441.0441.1441.0441.03.2 计算的数据、结果3.2.1 室温下饱和甘汞电极的电极电动势审0.2414 -0.61 10(24.0 -25)V =0.2415V、一._ _13.2.2 室温下ZnZnSO4(0.1000mol L )的电极电势实验值：取三次平均值实=甲=1.0428V中二%-%所以有中Zn2力Zn = 阳=中阴 一 =0.2415 -1.0428 = 0.8013V = -801.3mV理论值：+ .查文献1附表12, Zn /Zn电极29

6、8K时标准电极电势为0.7628V,温度系数为= 0.091 10-V K J.活度系数aZn勺=0.165.所以室温下,Zn2 +Zn(理)Zn2 +Zn丁dT )八 RT(t/25 C 厂 ln与8.314 (273 24.0)一-0.7628 0.091 10(24.0 -25)2 96500ln = -0.8154V - -815.4mV0.165 0.1CD _(p .相对误差:Zn? /Zn(实)一 Z /Zn (理)100% = -80“3 815.4 100% .73%:2 .Zn2 TZn (理)-815.43.2.3 室温下AgNO3(0.1000mol/L) Ag 的电极

7、电势实验值:取三次平均值实=中=489.3mV中 AgH/Ag =中阴=*+Q日=489.3 + 241.5 = 730.8mV理论值:查文献1附表12, Ag*/Ag电极298K时标准电极电势为十0.7991V,温度系数为对uI.OOOmIOV/K.活度系数 a(Ag dT= 0.72.Ag /Ag(理)Ag /Ag(t/ C-25 )- RTln1- F a(Agju0.7991 1.000 10,(24.0 -25)8.314 (273 24.0) ln965000.72 0.10.730.8V =730.8mV中相对误差=cpH Ag7Ag (理).: 73.8 - 73.8 % ;

8、0中Ag力Ag 理730.83.2.4电势计算AgCl溶度积E的平均值E = 441.0mVRTlna(Ag ,0.1000moll Kg )a(Ag ,b)a(Ag ,b)a(Ag ,0.1000mol / Kg )0.72 0.1exp( EF / RT)exp 0.441 96500/8.314/(273.2 24)= 2.385 104查文献1表 181, =0.764, Cl浓度为 0.1000 mol / Kg.所以Ksp =aAg ,b_ bCl = 2.385 10 0.764 0.1000 = 1.822 10/将文献1中溶度积做线性内内差,得理论值,24c时的溶度积为1.8

9、0x10-0.,八0,八/0所以实验值与理论值的相对误差为：.80*10_-1.822*10= 1.22%1.80x103.3讨论分析产生误差的原因可能有：1 .温度不准,测量时可能由于体温,导致实际温度比温度计读数高.2 .盛放电极液的器皿和电极外表不清洁,导致较大的误差,可能是产生误差的主要原因.4实验结果表3实验结果电池实验值理论值相对误差ZnZnSO4(0.1000mol L)-801.3mV-815.4mV1.73%AgNO3(0.1000mol/L) Ag730.8mV730.8mV0AgCl溶度积1.822e-101.80e-101.22%5参考文献1清华大学化学系物理化学实验编

10、写组.物理化学实验.北京：清华大学出版社.1991.2朱文涛.?物理化学?下.北京：清华大学出版社.6思考题1 .对消法测定电池电动势的原理.答：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.2 .盐桥的选择原那么和作用是什么答：由于盐桥中电解质的浓度很高,两个新界面上的扩散作用主要来自盐桥,故两个新界面上产生的液接电位稳定、再现,又由于盐桥中正负离子的迁移速度差不多相等,故两个新界面上产生的液接电位方向相反、数值几乎相等,从而使液接电位减至最小以致接近消除.因此,在选择盐桥时,1阴阳离子的迁移速度相近；2

11、盐桥溶液的浓度要大；3盐桥溶 液不与溶液发生反响或不干扰测定.本实验中,测定第一组电势值的时候使用的是氯化钾盐桥,由于锌离子和盐桥物质不会发生反响而干扰测定,同时采用饱和氯化钾以增大盐桥浓度.测定第二组和第三组电势值使用的是饱和硝酸钾盐桥,这是由于使用含氯离子的电桥将和半电池中的银离子发生反响干扰测定.3 .关于半电池制作本实验中半电池的制作比拟简单,但是在制作过程中遇到了困难,无法保证溶液不从管内流出,分析可得这是由于半电池漏气所造成的,而漏气的原因可能有三个：1电极本身需要与橡皮塞连接,连接不紧密会导致漏气；2橡皮管和半电池连接处因橡皮老化而漏气；3架子隔绝空气效果比拟差.针对上述原因分别

12、采用了一下解决方法：更换电极塞紧橡皮塞；更换玻璃半电池管；多重夹子保证不漏气.这样处理后情况有所改善.另外制作的时候要保 证半电池管内无气泡,液面与电池的接触要适当,不能太高也不能太低.4 .关于开始时的汞齐化处理不能直接使用锌棒是由于锌棒中不可防止地会含有其他金属杂质,在溶液中本身会成为微电池,锌电极电动较低-0.7626V,在溶液中,氢离子会在锌的杂质金属上放电,锌是 比拟活泼的金属,易被氧化.如果直接用锌棒做电极,将严重影响测量结果的准确度.锌汞齐化,能使锌溶解于汞中或者说锌原子扩散在惰性金属汞中,处于饱和的平衡状态. 此时锌的活度仍等于1,氢在汞上的超电势较大,在该实验条件下,不会释放出氢气.所以汞齐化 后,锌电极容易建立平衡.5 .盐桥的意