原电池电动势的测定-3

在此处键入公式。原电池电动势的测定一.实验目的:测定电池的电动势了解可逆电池,可逆电极,盐桥等概念学会一些电极的制备和处理方法掌握电位差计的测量原理和使用方法二.实验原理:电池由正,负两极组成，电池放电过程中,正极起还原反应,负极起氧化反应,电池内部可以发生其他反应(如发生离子迁移),电池反应是电池所有反应的总和.电池除了可以用来作为电源外,还可以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，电池反应有如下关系:(1)式中:是电池反应的自由能量,F是法拉第常数(等于96500库仑).n是参与反应的克当量数,E是电池的电动势.所以测定出该电池的电动势E后,便可求出,通过又可求出其他热力学函数.但必须注意,只有在恒温,恒压可逆条件下,(1)式才能成立.这就要求电池反映本身是可逆的,即要求电池电极也是可逆的，并且不存在任何不可逆的液接界.另外,电池还必须在可逆情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行,此时只有无限小的电流通过电池.因此在用电化学方法研究化学反应的热力学性质时所设计的电池应尽量避免出现液接界.在精度要求不高的测量中,出现也接界电位时,常用“盐桥”来减小。所谓“盐桥”，是指一种正负离子迁移数比较接近的盐类溶液所构成的桥，由来连接原来产生显著接界电位的两个液体，从而使其彼此不直接接界。如图1（a）,(b)。常用的盐桥有（3M或饱和），，等。不过，用了盐桥后，液接界电位一般仍在毫伏数量级，在精确测量中，还是不能满足要求。在进行电池电动势测量时，为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，所以不能用伏特表来测量，要用电位差计来测量。电位差计的测量原理和方法参阅后面附录。原电池的电动势主要有两个电极的电极电位的代数和，如能测知两个电极的电位，就可计算得到有他们组成的电池的电动势。由（1）式，可推导出电池的电动势以及电池电位的表达式。下面以铜--------锌电池为例进行分析。负极反应：正极反应：总电池反应：反应的自由能变化为（2）纯固体的活度等于1（3）代入上式（4）因为代入，得电池的电动势与活度的关系式：（5）式中为溶液中锌离子的活度和铜离子的活度均等于1时的电池的电动势。电池的反应由两个电极的反应组成。因此电动势表达式也可以分成两项电极电位之差。若设正电极的电位为，负极电位，对铜-------锌电池而言式中为铜电极和锌电极分别与其活度为1的和离子达成平衡时电极电位，当温度处于25摄氏度时即称为该电极的标准电极电位（参见附录）。在电化学中，电极电位的绝对值至今还午法测定，而是以某一电极的惦记电位作为零标准。然后将其他的电极与他组成电池，测定其间的电动势，则该电动势既为该被测电极的电极电位。被测电极在电池中的正负，极性，可由它在零标准电极两者的还原电位比较而定。通常将氢电极在氢气压力为1大气压，溶液中为1时的电极电位规定为零（称为标准氢电极），然后与其他被测电极进行比较。由于使用氢电极不方便，一般常取另外一些制备工艺简单，易于复制，电位稳定的电极作为参比电极来代替氢电极。常用的常用的有甘汞电极，氯化银电极等。这些电极与标准氢惦电极比较而得到的电位已精确测出，见后面附录。本实验要求制备锌电极，铜电极，将他们组成电池，测量其电动势。三.仪器和试剂:电位差计1台;检流计1台;

标准电池一台;甲电池3节;

铜电极一支

锌电极1支；电极管2支；

50毫升烧杯1支；饱和KCl溶液

0.1000MZnSO4溶液；0.1000MCuSO4溶液；

甘汞电极1个；电极架3支；

10毫升针筒或吸气瓶1只；变压器0.5千瓦1台；

6安培12伏特整流器1台；硝酸亚汞溶液或纯金属汞；

铜棒或铜片（镀铜用的阳极）1只；0-25-50毫安表1只

镀铜溶液（125克/升，25克/升，乙醇50毫升/升）。四．实验步骤：（一）电极制备1.锌电极用稀硫酸浸洗锌的氧化层，然后用水洗涤，在加蒸馏水淋洗，然后浸入饱和硝酸亚汞溶液3----5秒（或在金属汞中浸片刻），取出后用滤纸擦拭锌电极，使锌电极表面有一层均匀的汞齐。再用蒸馏水洗净（汞有剧毒，用过的滤纸应投入指定的有盖的广口瓶中，瓶中应有水淹没滤纸，不要随便乱丢）。把处理好的锌电极插入清洁的电极管内并塞紧，将电极管的虹吸管口浸入盛有0.1000M溶液的水烧瓶内，用针筒或吸气球自支管抽气，将溶液吸入电极管至浸没电极略高一点，停止抽气，旋紧活夹。电极的虹吸管内（包括管口）不可有气泡，也不能有漏夜现象。2.电极将铜电极在稀硝酸（约6M）内浸洗，取出后冲洗干净，用蒸馏水淋洗，作阴极用。另取一支铜棒做阳极，在镀铜溶液内，进行电镀，其装置如图2所式。电镀条件：电流密度控制在20毫安/平方厘米左右，电镀约15分钟，使表面上有一紧密的镀层。电镀后，将铜电极取出，用蒸馏水淋洗，插入电极管内，同上法吸入1.1000M的溶液。3.电池的组合将饱和溶液注入50毫升的小烧杯中，制成盐桥，再将上面制备的锌电极和铜电极以盐桥连接起来，即的电池装置（如图3）（二）电动势的测定1.按电位差计接线图，接好电动势的测量电路。将电位差计转换开关放到“断”的位置，三个电计按钮全部松开，然后将减流计，标准电池，被测电动势，工作电池按“+”“-”接通。经教师检查后方可开始实验。2.根据标准电池电动势的温度校正公式：计算出室温t时，标准电池电动势的值，并调整电位差计的温度补偿盘。3.按室温下标准电池电动势对电位差计的工作电流进行标定。4.分别测下列各电池的电动势*实验中应特别注意：本实验所用的电位差计为UJ25型，实验前应认真阅读讲义，必须严格遵守操作规程，以免损坏精密贵重仪器。注意保护标准电池，不可横放，倒置及摇动，正负二极导线，不可相碰，以免短路，使用时，只能通过电键短暂的接通并迅速地找到平衡点。从电池管取出电极时，必须是电极管离开盐桥，再拔除电极。否则会使电极管中的溶液进入盐桥，使盐桥失效。五.数据处理：1.按公式（6），（7），（8）计算所测电池电动势的理论值。计算时，物质的浓度再用活度表示，如是离子的平均离子活度系数，浓度，，温度，离子种类不同