原电池电动势的测定-3

原电池电动势的测定实验目的1、了解可逆电池，可逆电极，盐桥等概念。2、学会一些电极的制备和处理方法。实验原理电池由正、负两极组成。电池在放电过程中，正极起还原反应，负极起氧化反应，电池内部还可以发生其它反应，电池反应是电池中所有反应的总和。电池除可用来提供电能外，还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质。从化学热力学知道，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应有以下关系：（1）式中是电池反应的吉布斯自由能增量；n为电极反应中得失电子的数目；F为法拉第常数（其数值为96500）；E为电池的电动势。所以测出该电池的电动势E后，进而又可求出其它热力学函数。下面以铜-锌电池为例进行分析。电池表示式为：符号“｜”代表固相（Zn或Cu）和液相（或）两相界面；“‖”代表连通两个液相的“盐桥”；和分别为和的质量摩尔浓度。当电池放电时，负极起氧化反应：正极起还原反应：电池总反应为：电池反应的吉布斯自由能变化值为：（2）上述式中为标准态时自由能的变化值；为物质的活度，纯固体物质的活度等于1，即。而在标态时，，则有：（3）式中为电池的标准电动势。由以上可得：（4）对于任一电池，其电动势等于两个电极电势之差值，其计算式为：（5）对铜-锌电池而言（6）（7）式中和是当时，铜电极和锌电极的标准电极电势。对于单个离子，其活度是无法测定的，但强电解质的活度与物质的平均质量摩尔浓度和平均活度系数之间有以下关系：（8）（9）是离子的平均离子活度系数，其数值大小与物质浓度、离子的种类、实验温度等因数有关。在电化学中，电极电势的绝对值至今无法测定，在实际测量中是以某一电极的电极电势作为零标准，然后将其它的电极（被研究电极）与它组成电池，测量其间的电动势，则该电动势即为该被测电极的电极电势。被测电极在电池中的正、负极性，可由它与零标准电极两者的还原电势比较而确定。通常将氢电极在氢气压力为101325Pa，溶液中氢离子活度为1时的电极电势规定为零伏，即，称为标准氢电极，然后与其它被测电极进行比较。由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极，常用的参比电极有甘汞电极。以上所讨论的电池是在电池总反应中发生了化学变化，因而被称为化学电池。还有一类电池叫做浓差电池，这种电池在净作用过程中，仅仅是一种物质从高浓度（或高压力）状态向低浓度（或低压力）状态转移，从而产生电动势，而这种电池的标准电动势等于零伏。实验药瓶及仪器：仪器：原电池测量装置1套，银电极1支，饱和甘汞电极1支。药品：AgNO3(0.10mol／L)四、实验步骤1.将电位差计转换开关放到“关”的位置，按银电极接“+”、饱和甘汞电极接“-”正确连接电极，打开并调节电位差计。2.分别测定各电池的电动势（1）0.10mol／LAgNO3（2）0.01mol／LAgNO3五、数据处理1.记录两组电池的电动势测定值。2.从实验数据中选出误差最小的电位值进行计算。3.根据物理化学数据手册上的饱和甘汞电极和银电极的电极电动势，以及测定的电动势值计算原电池的电动势。六、思考题1.对消法测定电池电动势的原理是什么？2.盐桥的选择原则和作用是什么？3.在测量过程中，若检流计光点总是往一个方向偏转，可能是什么原因？4.标准电池的构造及使用时应注意什么？七、数据处理（1）原始数据0.1、0.2摩尔每升的AgNO3溶液的电位(表1)测量次数（测量电动势）（V）AgNO3浓度mol／L一二三0.10000.484300.483200.483300.01000.464000.465000.46420从表1中取电位平均值（表2）AgNO3浓度C/mol／L0.10000.0100电位U/V0.483600.46400（2）处理过程a.银电极和甘汞电极电动势的计算电池:Ag/AgNO3（0.1000mol／kg）||KCL（饱和）/Hg2CL2（s）—Hg（L）正极反应：Ag++e-→Ag（s）负极反应:Hg2CL2+2e-→2Hg+2CL-已知ᴪcl-/kcl=ᴪ负=0.24120VE=ᴪ正-ᴪ负一．0.1mol/L的硝酸银溶液实验测得结果:E=0.31401Vᴪcl-/kcl=ᴪ负=0.24120V则ᴪAg+/Ag(s)=ᴪ正=E+ᴪ负=0.48360+0.24120=0.72480V已知t=25℃时查得aAg+=0.734则标准电极电动势：ᴪ正=ᴪ标准Ag+/Ag(s)—(RT/zF)lg1/aAg+其中：R=8.314J/molF=9.6485×104C/molT=298Kz=1则ᴪ标准Ag+/Ag(s）=ᴪ正+（RT/zF）lg1/aAg+=0.72480+（8.314×298/96485×1）×lg1/0.734=0.72824V二．0.01mol/L的硝酸银溶液:实验测得结果:E=0.29001Vᴪcl-/kcl=ᴪ负=0.24120V则ᴪAg+/Ag(s)=ᴪ正=E+ᴪ负=0.46400+0.24120=0.70520V已知t=25℃时查得aAg+=0.90则标准电极电动势：ᴪ正=ᴪ标准Ag+/Ag(s)—(RT/zF)lg1/aAg+其中：R=8.314J/molF=9.6485×104C/molT=298Kz=1则ᴪ标准Ag+/Ag(s）=ᴪ正+（RT/zF）lg1/aAg+=0.70520+（8.314×298/96485×1）×lg1/0.90=0.70637V（3）实验结果一二ᴪ标准Ag+/Ag(s）0.728240.70520平均值0.71672八、思考题1.对消法测定电池电动势的原理是什么？答：现代很多直流电源可直接读出输出电压,将这样的电源的正极与待测电池正极,负极与负极相连,串联一个保护电阻和一个检流计.调可读电源的输出电压至检流计指针不在偏转.此时待测电压与可读电压的值相等.利用电势相消.2.盐桥的选择原则和作用是什么？答：盐桥的目的是消除液接电位，这个液接电位是由于阴阳离子的迁移数（也叫淌度）不同导致的，所以选择盐桥的标准就是构成盐桥的电解质阴阳离子的迁移数必须相等或者近似。盐桥的作用当原电池的正、负电极分别插在两种不同电解质溶液或同种电解质不同浓度的溶液中,假若没有盐桥来连通两极,电池反应就不可能发生。如果将两极的电解质溶液置于同一个容器之中,设想在两溶液之间存在一个界面,这个界面可以阻止电解质溶液的混合。3.在测量过程中，若检流计光点总是往一个方向偏转，可能是什么原因？答：（1）电池（包括工作电池、标准电池和待测电池）的正负极接反了。

（2）电路中的某处有断路。

（3）标准电池或待测电池的电动势大于工作电池的电动势，超出了测量范围。4.标准电池的构造及使用时应注意什么？答：任何电池都由四个部分组成，即由电极、电解质、隔离物及外壳组成。电路中电子负极运动到正极,这里的电子不是电池内部的．他是导体的．电池里面电子从正极到负极，并不断的在负极聚集，最终电子都在负极