原电池电动势的测定及应用解读课件

1、实验81 原电池电动势的测定及应用81.1 实验目的 (1) 掌握对消法测量电池电动势的原理。 (2) 学习一些电极的制备和处理方法。 (3) 熟悉电位差计的使用方法。实验81 原电池电动势的测定及应用81.1 实验目的 原电池是将化学能转变为电能的装置，它是由两个“半电池” 组成。每一个半电池中有一个电极和相应的电解质溶液。电池在放电反应过程中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电池反应是电池中两个电极反应的总和，其电动势为组成该电池的两个电极的电极电势的代数和。当电极电势均以还原电势表示时，若正极的电极电势为 ，负极的电极电势为 ，则： 式中: E 电池的电动势,单位为伏（V）。 、 分

2、别为正、负电极的电极电势，单位为伏(V)。 以Cu-Zn 电池为例： Zn（s）Zn2+ ( )Cu2+ ( )Cu（s） 负极氧化 Zn Zn2+ + 2e 正极还原 Cu2+ + 2e Cu 电池反应 Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu 81.2 实验原理 原电池是将化学能转变为电能的装置，它是由两个“半电池 Zn的电极电势 = - Cu的电极电势 = - 根据能斯特方程，Cu-Zn电池的电动势为: E =式中: 、 分别为锌电极、铜电极的标准电 极电势。 、 分别为电解质(ZnSO4 、CuSO4)的平 均活度。 Zn的电极电势 = - 测量原电池的电动势，要在接近热力学可逆条件下进

3、行，即在无电流通过的情况下测量，不能直接用伏特计测量。因为用伏特计测量时有电流通过电池内部和伏特计，电池内部会发生化学反应，而使浓度改变，电极被极化，测量处于非平衡状态。另外，电池本身存在内电阻，所以伏特计测得的只是两电极间的电势差，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过、电池处在平衡状态下，才能测量到电池的电动势。采用电位差计可以在无电流通过时，测得在平衡状态下电池的电动势。 电位差计是根据对消法原理设计的，用于测量电动势的仪器。对消法测量电动势就是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电位差。当待测电池中没有电流通过时，外加电位差的大小即等于待测电池的电动势。 测量原电池的电动势，要

4、在接近热力学可逆条件下进行，即81.3 实验步骤1先计算下列各电池在室温下的电动势 Hg(l),Hg2Cl2(s)KCl(饱和)AgNO3(0.01 molL-1)Ag(s) Ag(s)AgNO3(0.001 molL-1) AgNO3(0.01 molL-1)Ag(s) Zn(s)ZnSO4(0.1 molL-1)KCl(饱和)Hg2Cl2(s), Hg(l) Hg(l),Hg2Cl2(s)KCl(饱和)CuSO4(0.1 molL-1)Cu(s)2.连接电位差计 按照电位差计（以UJ-25型电位差计为例）接线图，分别将检流计、直流稳压电源和饱和标准电池接在电位差计相应的端钮上，连接好。调整

5、检流计指针（或光点）正对“零”位。3.电极的制备和电池的组合 锌电极、铜电极的处理：(a) 将锌棒(片)在稀硫酸中浸洗除去表面上的氧化层，再依次用水、蒸馏水洗，用滤纸吸干水备用。 (b) 铜棒(片) 浸入稀硝酸中浸洗，再依次用水、蒸馏水洗，用滤纸吸干水备用。 81.3 实验步骤(1)(2)(3)插入盐桥银电极插入装有20mL 0.001molL-1AgNO3 溶液的50mL烧杯中银电极插入装有20mL 0.01molL-1AgNO3 溶液的50mL烧杯中锌电极插入装有20mL 0.1molL-1ZnSO4溶液的50mL烧杯中插入盐桥插入盐桥饱和甘汞电极插入装有20mL饱和KCl溶液的50mL烧

6、杯中饱和甘汞电极插入装有20mL饱和KCl溶液的50mL烧杯中银电极插入装有20mL 0.01molL-1AgNO3 溶液的50mL烧杯中0.01 molL-1 AgNO30.01 molL-1 AgNO30.001 molL-1 AgNO30.1 molL-1 ZnSO4(1)插银电极插入装有20mL 0.01molL-1锌电极(4) 4.测量电池的电动势 (1) 标定工作电流 检查检流计、直流稳压电源(或干电池)和饱和标准电池与电位差计都连接好后，调节标准电池电动势温度补偿旋钮，使其读数值与实验温度下饱和标准电池电动势值一致。将转换开关扭到“N”位置上，轻按下 “粗”电计按钮，按照“粗”、

7、“中”、“细”的次序，依此转动工作电流调节旋钮，使检流计指针(或光点)正对“零”位；松开“粗”按钮，然后轻按下“细”按钮，再调工作电流调节旋钮，使检流计示零，此时电位差计工作电流标定完毕，松开“细”按钮。 饱和甘汞电极插入装有20 mL饱和KCl溶液的50 mL烧杯中铜电极插入装有20 mL 0.1molL-1CuSO4溶液的50 mL烧杯中插入盐桥0.1 molL-1 CuSO4饱和甘汞电极插入装有20 mL铜电极插入装有20 mL 0.(2) 测量 将制备好的待测电池的正、负极连接在电位差计待测电池端钮上。将转换开关扭到“X”位置上，先把电位差计上测量旋钮中前两个十进盘的示数值调整到电池的

8、计算值，再轻按下“粗”电计按钮，按从大到小的顺序调其他测量旋钮，使检流计示零；松开“粗”按钮，然后在“细”按钮按下时调至检流计示零；松开“细”按钮。这时，六个测量旋钮读数窗孔所显示的数字总和，即是被测电池的电动势值。按照标定工作电流测量再标定再测量的顺序重复测量两次。测量过程中按下电计按时间应尽量短一些。 按同样方法测其它待测电池的电动势。 5.实验整理 实验完毕后将盐桥取出，盐桥两端用蒸馏水淋洗干净后，将盐桥浸入饱和硝酸钾溶液中保存。各电极洗净擦干保存。将仪器电源关闭，并将各仪器复原，检流计短路放置，仪器摆放整齐。 (2) 测量图1 UJ-25型电位差计面板示意图UJ-25型电位差计接线图图

9、1 UJ-25型电位差计面板示意图81.4 数据记录 按表1记录实验数据。表1 电池电动势测量数据 室温： 大气压： kPa电位差计编号： 标准电池温度 ： 实验温度时标准电池 电动势V ： 被测 电动势V 电池 第一次 第二次 第三次 平均值 81.4 数据记录81.5 数据处理 (1) 根据能斯特公式，计算室温下电池的电动势，并与实验值比较。（电解质溶液平均活度系数 的数据见表1。值从课本中查得） (2) 根据电池电动势的测量值，计算锌和铜的标准电极电位 、 ，并与计算出的实验温度时锌和铜的标准电极电位相比较，求出相对误差。 有关电极的标准电极电位与实验温度的关系如下: 0.2412 6.

10、610-4(t25) (t为实验温度) -0.76281.010-4(t25) 0.3400 8.010-6(t25) 0.7990 9.710-4(t25) 81.5 数据处理 (1) 根据能斯特公式，计算室温表2 有关电解质溶液的平均活度系数 电解质溶液 0.01 molL-1AgNO3 0.1 molL-1ZnSO4 0.1 molL-1CuSO4 0.90 0.15 0.16表2 有关电解质溶液的平均活度系数 电解质溶液 0.81.6 注意事项 (1) 测量前要预先计算待测电池电动势，将电位差计上测量旋钮中前两个旋钮调到此值，以便在测量时能迅速找到平衡点(检流计示零)，以免电极极化。

11、(2) 在测量过程中若出现检流计指针(或光点)振荡不停时，应迅速按下“短路”按钮，使之较快停于零点，以保护检流计。 (3) 测量时必须先按电位差计上电计“粗”按钮，调节使检流计示零后，再按“细”按钮，进行调节，以免检流计指针(或光点)振荡过猛而损坏。每次按下电计按钮的时间应尽量短一些，以防止电流通过时改变电极表面的平衡状态。81.6 注意事项 (4) 测量过程应按着标定工作电流测量再标定再测量的顺序进行。 (5) 盐桥的两端应标好记号，让标负号的一端始终与含氯离子的溶液接触。 (6) 电池的盐桥要专用。 (7) 标准电池要平稳移动，不能倒置或摇动。 (8) 连接仪器与待测电池时，正负极不要接反。 (4) 测量过程应按着标定工作电流测量再标定再81.7 问题讨论 （1）为什么不能用伏特计测量电池的电动势? （2）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥?81.7 问题讨论 （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，由于电池放电，不断发生化学反应，有电流流出，电池中溶液的浓度不断改变，因而电动势也会有变化。另外，电池本身有内电阻，所以用伏特计所测量出的只是两电极间的电势差，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时，测量到的电势差才是电池的电动势。81.8 参考答案 （1）为什么不能用伏特计测量电池的电动势?81.8 参 答