原电池电动势的测定与应用物化实验报告

1、原电池电动势的测定与热力学函数的测定一、实验目的1) 掌握电位差计的测童原理和测董电池电动势的方法；2) 掌握电动势法测定化学反响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) 了解可逆电池电动势测定的应用；5) 根損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，计算电池反响的热力学函数ZG、AS - AH。二实验原理1用对消法测定原电池电动势：原电池电动势不能能用伏特计直接测董因为电池与伏特计连接后有电流通过就会在 电极上发生生极化，结果使电极偽离平衡状态。另外，电池本身有阻，所以伏特计测得的只 是不可逆电池的端电压。而测量可逆电池

2、的电动势，只能在无电流通过电池的情况下进展， 因此，采用对消法。对消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样 待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势。2电池电动势测定原理：Hg | HgzChCs) I KCK 饱和)I I AgNOs (0.02 niol/L) I Ag根据电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位：其中哄代=0.799 - 0.00097(r-25)；而=验代一等山十Ag*负极饱和甘汞电极电位因其氮离子浓度在一定温度下是个定值，故其电极电位只与温度有 关，其关系式：0许林=0.2415 - 0.00065(t - 25)而电池电动势

3、E理论=0,叮堰+0电和卄汞；可以算岀该电池电动势的理论值。与测定值 比拟即可。3 电动势法测定化学反响的AGAH和AS :如果原电池进展的化学反响是可逆的，且电池在可逆条件下工作，那么此电池反响在定温定压下的吉布斯函数变化AG和电池的电动势E有以下关系式：rGrF-nFE从热力学可知：AH=-nFE+AS4-考前须知： 盐桥的制备不使用：重复测量中须注意盐桥的两端不能对调； 电极不要接反；三、实验仪器与用品1. 实验仪器SDC数字电位差计、饱和甘汞电极、光亮铠电极、银电极、250mL烧杯、20inL烧杯、U形管2. 实验试剂0. 0加ol/L的硝酸银溶液、饱和氮化钾溶液、硝酸钾-琼脂四、实验

4、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、参加lOOmL蒸馆水和3g琼脂，盖上外 表皿，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。然后参加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，静置待琼脂凝因后便可使用。制备好的盐桥7T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溶液的广口瓶中。将一个20mL小烧杯洗净后，用数毫升 0. 0加ol/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

5、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氮离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。 用SDC数字电位差计测輦电池1的电动势。每隔2min测一次，共测三次。 接通恒温槽电源进展恒温，使其分别到达25. 2QC、35.2°C，温度波动困要求控制在正负 02°C之。把被测电池放入恒温槽中恒温15min 同时将原电池引出线连接到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

6、差 计读书稳定为止。 测虽完毕后，倒去两个小烧055杯的溶液，洗净烧杯的溶液。五、实验数据记录与处理1、电动势的测定以 2 =0.799 - 0.00097(?-25)；oRT1°Ag/Ag* _°Ag/Ag+药 门 。杯卄=0. 2415 - 0. 00065(t - 25)；通过以上三式可求得电池电动势E理论=0理* 0饱和|汞的理论值。气压：101.6KPa测定温度/°c 测定次数第一次测定值/V测定平均值/V理论计算值/V相对误差第二次第三次25.00. 457400. 457400. 457400. 457400. 457010.08%35.00.450

7、990.451000.451000. 450990. 450440.12%2、热力学函数的测定一一测定GAS和 作E-T图见下列图，求得斜率为-64xl0f0 458 -0 457 -0 456 一0 155 -0 151 -0 453 -0.452 -0X51 -0 450 -ET图E-T 图的直线方程为：Y =0. 64812-6. 4x10 " X > 故6.4x10 “ 所以当T=298K时>ArGn=-nFE=-1x96500x0. 45740 = -44139. 1 J/n)ol= -44.14kJ/mol 因为所以厶5=1x96500x(-6. 4xlOA_

8、4 ) =-61.6 J/(mol*K)因为 H=ArGn+TAS，所以AH二-44139.1-61. 6x298-62. 5kJ/mol热力学函数次序t/°CT/KE/VAH KJ/mol125.02980.45740 -6.4xl(r“-44139.1-61.6-62.5235.03080. 45100-43521.5-62.53、将实验所得的电池反响的热力学函数变化值和理论值进展比拟电池总反响处(/) + CT (饱和) + AgXaq) = - Hg 2Cl2(s) + Ag (s)2査参考文献得Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c)在298K时各自的的标准生成焙变标

9、准生成自由能变AfG九与标准炯S九，由此计算出电池反响的如下所示.Aglaq)、Cl-(aq)、AgCl(c)的气、G°、,S人AfHQm(298K)/kJ/mol AfGQm(298K)/kJ/mol SQm298K/J/(mol*K)Hg(l)0075.023Aglaq)105. 9077. 1173. 93Cl (aq)-167. 44-131. 1755. 20HgaChCs)-265. 22-210. 745192.5Ag(s)0042. 55电池反响-71.07-51.31-69. 35而热力学函数298K的理论值:ArGV-44. lkJ/mol ；-61.6 J/(m

10、olK) ； ArH%= -62. 5kJ/mol那么比照文献值可得：吧相对误差:-44.1- (-51.31/-51.31 = -14.1%ArS2.相对误差：(-61.6- (-69.35/-69. 35 =-11.1%ArHQn相对误差:(-62. 5- (-71.07/-71.07=-12.1%六'分析与讨论根据上述实验结果，可知本次实验误差较大，经讨论认为引起的误差主要有以下几点：1用对消法测电动势时，要求电流为0，到达可逆电池的要求，但在实验过程中，调节时 电路中总有微小电流通过，而产生极化现象。但当外加电压大于电动势时，原电池相当于电 解池，使反响电势增加；相反，当外电压

11、小于电动势时，原电池放电极化，使反响电势降低， 这会影响实验结果的测定。而且有少董电流也会使阻分走局部电压，导致测量电压并不等于 电动势而等于外电路电压。2在本次实验中，我们只进展了两组不同温度的数据测量，使用的热力学计算方法均为粗 略计算，作E-T图也只是2个数据点因数扌居处理方法粗略，所以计算结果相对误差也较大。 因此应该进展更多组在不同温度下的测定，绘出oE/oT的关系图，拟合线性，求出斜率， 这样误差才小。3本实验测定的并不是可逆电池，但在溶液间插入了盐桥，近似地当作可逆电池来处理。 通常，常用的盐桥是氮化钾盐桥，离子相对迁移速率较为一致。但对于硝酸银溶液，不能使 用氮化钾盐桥，而是采

12、用了硝酸钾盐桥。虽然硝酸钾盐桥的正负离子迁移数较接近，但是它 们与通电极无共同离子，因而在使用时会改变参考电极的浓度和引入外来离子，从而可能改 变参考电极电位，造成实验误差。4这次实验中有很多的近似处理 > 比方液接电势、接触电势和扩散电势的忽略，电池近似处理为可逆电池等等。因而，实验结果与实际值有一定的偏差。5调节电桥平衡的操作时间应尽可能的短，否那么电极上较长时间的有电流通过，会发生电池反响使得溶液浓度下降、电极外表极化，这样可逆电极变成不可逆的，会给实验带来较大误差。而实验中所用仪器不稳定，需要较长的时间才能大致调节到平衡，即使是同一个电 动势值，在很短的时间测得的数据都有较大波动

13、，所以不能很快调节到平衡也会造成实验的 误差；6实验过程中，恒温槽温度存在波动，会造成不稳定，温度会02°C左右波动。恒温槽 温度存在波动，所以在实验测定过程中，电池反响并不完全是在同一温度下进展，进展数据 处理时也会带来一定的误差。在此外实验中采用盐桥来消除液接电位，但实际实验中不能保 证盐桥能够完全消徐液接电位。7本实验的理论参考数据是在标准状况下的数值，而实验过程中的温度和大气压都有变化， 所以也存在一定的误差。七、思考题1、为何测电动势要用对消法，对消法的原理是什么？答：原电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计接通后会有电流通过，在电 池两级上会存在极化现象，使电

14、极僞离平衡状态，另外，电池本身有阻，伏特计测量得到的 仅是不可逆电池的端电压。采用对消法又叫补偿法可在无电流或很小电流通过电池的情 况下准确测定电池的电动势。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。2、测电动势为何要用盐桥，如何选用盐桥以适应各种不同的体系？答：盐桥可将液接电势降低到最小的作用。选择盐桥的原那么是：盐桥中的盐浓度尽董大一 般用饱和溶液，正负离子迁移数接近，与电池中的电解质不发生反响。所选取的KNOj的在 水中的溶解度很大，正负负离子迁移数接近，与大多数电解质不发生反响，故可以作为大多 数体系的