电池电动势的测定及其应用实验报告

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（）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、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、）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：（16-1）式中：z为电池反应的转移电子数，为参加电极反应的物质B的化学计量数，产物为正，反应物为负。本实验涉及的两个电池为：（1）（一）Ag（s），AgCl（s）│KCl（0.0200mol·L-1）││AgNO3（0.0100mol·L-1）│Ag（s）（+）（2）（一）Hg（l），Hg2Cl2（s）│KCl（饱和）││AgNO3（0.0100mol·L-1）│Ag（s）（+）在上述电池中用到的三个电极是：银电极：电极反应：（16-2）其中：V式中：t为摄氏温度（下同），甘汞电极：电极反应：（16-3）对于饱和甘汞电极，温度一定时，为定值，因此饱和甘汞电极电位与温度有关，其关系式为：V银—氯化银电极电极反应（16-4）根据溶度积关系式得(16-5)式中：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：===整理得：(16-6)因此，给定电池(I)中左右半电池活度和，若测得电池（I）的电动势，依上式即可求出的溶度积常数。电池电动势一般采用Poggendorff对消法测定。根据欧姆定律，电池电动势，r为电池内阻。当回路中电流时，此时E=V，这就是对消法的基本原理，其测量方法如图1所示。当K与EN连接时，移动接触点C，使G中无电流通过，此时AC上的电位降等于标准电池的电动势，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，使回路中G上电流为零，则：电池（1）：（一）Ag(s),AgCl(s)|KCl(0.0200mol·L-1)||AgNO3(0.0100mol·L-1)|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__0.360325______2__0.360326______平均0.36032620.36141__0.358369______2__0.358323______平均0.358346总平均0.3593362.电池（Ⅱ）：Hg(1),Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)||AgNO3(0.0100mol·L-1)|Ag(s)(+)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HCl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I=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“100-10-4”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：⑴电池反应可逆，亦电极电池反应均可逆。⑵电池中不允许存在任何不可逆的液接界。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、利用参比电极可测电池电动势，此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®0，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，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的温度系数，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：①盐桥中离子的r+≈r-，t+≈t-，使Ej≈0。②盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。③常用饱和KCl盐桥，因为K+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KNO3或NH4NO3。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=1.0183-4.06×10-5(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“+”“—”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“100-10-4”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±0.1℃。按下“恒温控制器”的电源开关，左下角的红色按钮→左侧窗口显示的是当前恒温槽中的水温→按“控制器”上的“箭头”按钮进行调温→至右侧窗口设置实验温度区，十位数闪烁，→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±0.1℃。18、SDC-∏A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=1.0183-4.06×10-5(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“+”“—”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“100-10-4”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”。19、如何使用甘汞电极，使用时要注意什么问题？答案：1）、使用时要把电极下面的塞取下。2）、使用时要用蒸馏水冲洗电极下方，用滤纸擦干。3）、使用前要观察甘汞电极玻璃管是否还有液体，如果没了要重新加液或换一根新的。20、如何防止电极极化？答案：电路中如果有电流通过就会产生极化现象，在测量过程中始终通电，因此测量的速度要快，这样测出的数据才准，如果测量的时间越长，则电极极化现象越严重，不测量时电钳要松开。21.本实验可否使用KCl盐桥？为什么实验中不能用自来水淋洗盐桥？答案：本实验不能使用KCl盐桥，选用盐桥的首要条件是盐桥不与溶液反应，溶液中含有Ag+，会于Cl-反应沉淀。实验中不能用自来水淋洗盐桥，制备盐桥的首要条件是盐桥中正，负离子迁移速率相近，自来水中含有Ca2+,Mg2+等离子，用其冲洗盐桥，会使盐桥正，负离子迁移相近的条件受到破坏，从而给本实验的测定带来误差。22.为什么不能用伏特计直接测定电池电动势？答案：电池电动势的测定必须在电流接近于零的条件下进行，倘若用伏特表直接测定，虽然伏特计的内阻非常大，远远大于电池电阻，但用伏特计测定