原电池电动势和电极电势的测量课件

基础化学实验——物理化学原电池电动势和电极电势的测量

西北大学国家级化学实验教学示范中心知识点：原电池电动势、电极电势、能斯特方程。实验技能训练要点：常用电极的制备；检流计、标准电池、稳压电源、电位差计的使用；原电池电动势的测定。知识点及实验技能训练要点一、实验目的二、实验原理三、实验步骤

四、注意事项五、实验总结六、实验延伸七、思考题一、实验目的1.学会几种电极和盐桥的制备方法；2.掌握对消法测量可逆电池电动势的原理；3.掌握UJ-25型电位差计的使用方法；4.学会电池的电动势的测定；5.计算Cu、Zn电极的电极电势。（一）可逆电池凡把化学能转变为电能的装置称为原电池（或电池）。电池由两个电极和连通两个电极的电解质溶液组成。对定温定压下的可逆电池而言:

式中，F为法拉弟（Farady）常数；n为电极反应式中电子的得失数；E为电池的电动势。E可借助于电位差计测定二、实验原理（二）电位差计电位差计是利用补偿法在电池无电流（或极小电流）通过时测得两电极的电位差工作原理图E为工作电源电压En为标准电池电动势Ex为未知电池电动势（三）电极电势、电池电动势

每个电极都具有一定的电极电势。当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势，即

分别代表正、负极的电极电势。和R＝8.134J·mol-1·K-1；F＝96500C·mol-1；T是绝对温度；z是反应中得失电子的数量，α为参与电极反应的物质的活度。E是原电池的电动势以Cu-Zn电池为例，其电池表达式为：ZnZnSO4(m1)CuSO4(m2)Cu

锌电极的标准电极电势铜电极的标准电极电势

由饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式求得测得电动势E，则可以确定进而可求出

同理可以确定和选择一个电极电势已知的电极，如饱和甘汞电极，让它与Cu电极组成电池，该电池的电动势为：工作电源电位差计检流计标准电池待测电池仪器装置1.将标准电池、工作电池、检流计与电位差计面板相应位置相连。2.调节工作电池电压约为2V。三、实验步骤连接时应注意极性3.计算标准电池的电动势，并调节电位差计面板上的温度补偿旋钮。4.调节工作电流：

将（N、X1、X2）转换开关置于“N”标准电池电动势：依次旋动粗”、“中”、“细”、“微”，直至检流计不再偏转为止。若检流计总朝一个方向偏转，应如何排查？（1）组装Cu-Zn电池:在两个干净的小烧杯内分别加入30mL0.10mol/kgZnSO4和CuSO4溶液，以饱和KCl盐桥联通两烧杯。分别插入打磨干净的Zn、Cu电极，电极导线与电位差计面板上未知电池1或未知电池2相接。

（2）将电位差计面板上的转换开关（N、X1、X2）置于“X1”或“X2”位置，依次从大到小调节面板中部的六个旋钮，直至检流计不再偏转为止。读出数字，即为Cu-Zn电池的电动势。5.测未知电池电动势（3）同理测量其他未知电池电动势“盐桥”的作用是什么？1.标准电池属精密仪器，不可横放、倒置或摇动。2.用电位差计进行测量前最好先估算电动势的大小。3.按电计按钮的时间要短（<1s），不能一直按下按钮；调节旋钮时，电计按钮要松开。4.为了避免使用汞齐电极时汞的污染，本实验直接使用高纯度的锌片和铜片为电极，使用前要打磨、冲洗、烘干。5.饱和甘汞电极使用时要将电极帽取下，用毕后用饱和氯化钾溶液浸泡。四、注意事项(一).数据处理1.写出实验时的室温t及该温度下标准电池的电动势值Et；2.列出各电池电动势的测量值：a)(-)Zn|ZnSO4(0.10mol/kg)‖CuSO4(0.10mol/kg)|Cu(+)E=b)(-)Cu|CuSO4(0.01mol/kg)‖CuSO4(0.10mol/kg)|Cu(+)E=c)(-)Zn|ZnSO4(0.10mol/kg)‖饱和甘汞电极(+)E=d)(-)饱和甘汞电极‖CuSO4(0.10mol/kg)|Cu(+)E=五、实验总结3.根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验温度时饱和甘汞电极的电极电势；(c)由电极电势温度校正公式分别计算铜、锌电极计算其相对误差。5.计算电池(1)的，并进一步计算计算其相对误差。公式中注意使用活度4.电池(3)、(4)的电动势测量值结合饱和甘汞电极的电极电势：(a)分别计算铜、锌电极的；(b)分别计算铜、锌电极的。公式中注意使用活度工作电源要有足够的容量，才能保证工作电流恒定。如果检流计本身是好的，按键后检流计光点不动，则说明线路中必有断路。如果检流计本身是好的，光点总是朝一个方向偏转，则表明达不到补偿，这可能是由以下原因造成：①被测电势高于电位差计的限量；②工作电源没有输出，或输出电动势过高或过低；③工作电流回路中有断路；④工作电源、标准电池或待测电池的极性接反。（二）.讨论4.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，所以在测量过程中不能一直按下电键按钮，否则回路中将一直有电流通过，电极就会产生极化，溶液的浓度也会发生变化，测得的就不是可逆电池电动势，所以应按一下调一下，直至平衡。在调节过程中，按下电键的次数应尽量少。为了又快又准地测量，应事先计算理论值，在理论值附近调节。原电池电动势的测量，是测定一系列物理化学常数所最常用的方法之一。在科研工作中具有重要的意义。例如，平衡常数、活度系数、解离常数、溶解度、配合常数、溶液中离子的话度以及某些热力学函数的改变量等，均可通过电池电动势的测定来求得[1]。通过电动势法研究季铵盐Gemini表面活性剂与牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用,得到它们结合过程的结合等温线和对应的Scatchard曲线,并通过结合能力的概念得到了结合过程的结合位点数、Hill系数及Hill结合常数[2]

。六、实验延伸参考文献

复旦大学等编.物理化学实验.第三版.北京：高等教育出版社，2004：68-73页宁爱民,党玉丽,赵士举,等.电动势法研究