电极制备及电池电动势的测定

电极制备及电池电动势的测定一．试验目的：学会铜电极、锌电极的制备和处理方法。把握电势差计的测量原理和测定电池电动势的方法。加深对原电池、电极电势等概念的理解。二．试验原理：I，的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势。=I〔R内+R外〕伏特计测量：U=IR外U/=R外/〔R内+R外〕当R外，I0，U/1，U电势差计就是利用对消法原理进展电势差测量的仪器〔或微小电流〕通过时测得其两极的电势差，这时的电势差就是电池的电动势。电势差计的测量原理：电势差计的示意图如下图：当转换开关K合至1，调整r，使检流计G中无电流通过，此时标准电池EN和标准电池的补偿电阻RN两端的电势分别相等，此时有以下关系：EN=IRN式中I为工作电流。当转换开关K合至2A，再次使检流计GR上的电阻值设为RK，则有：EX=IRK式中I仍为前面所调的工作电流值，因此有：EX=EN·RK/RN即当标准电池电动势EN和标准电池电动势的补偿电阻RN的数值确定时，只要正确读RK的值，就能正确测出未知电动势EX。三．试验装置图：四．试验步骤：电极和盐桥制备锌电极：先用稀硫酸洗净锌电极外表的氧化物，再用蒸馏水淋洗，然后用0.1M的ZnSO40.1M的ZnSO4溶液中，即制成了锌电极。铜电极：由于铜较锌不活泼，所以先用稀硝酸洗净铜电极外表的氧化物，再用蒸馏水淋洗，然后把它作为阴极，另取一块纯铜片作为阳极，在镀铜溶液〔配制方法见试剂〕内进展电镀，电镀时，电流密度掌握在25mA·cm-2左右，电镀时间20~30分钟，使铜电极0.1M的CuSO40.1MCuSO4盐桥制备：为了消退液接电势，必需使用盐桥，其制备方法是：在100mL的饱和KCl溶液中参加3gU形管中，U形管中以及管两端不能留有气泡，冷却后待用。电动势的测定：按图6〔P149〕正确连接线路。留意正、负极不要接错。校准标准电池：将转换开关拨至“N”处，转开工作电流调整旋钮粗、中、细、微，”直至检流计为零。此后在试验过程中此四个按钮不要再调。测量待测电池电动势：将转换开关拨向X1或X2位置〔取决于待测电池的接入位置”6个旋钮下方所显示的数字总和即为待测电池电动势。更换电池，即可测量其它电池的电动势。试验完毕，把盐桥放在水中加热溶解，洗净，其它各仪器复原，检流计短路放置。五．数据处理：室温下〔17C〕三组电池的电动势测量值：编号电池表示式E(V)(试验值)aZnZnSO4(0.1000mol/L)KCl(饱和)Hg2Cl2,Hg1.07073bHg2Cl2,HgKCl(饱和)CuCuSO4(0.1000mol/L)0.03857cZnZnSO4(0.1000mol/L)CuCuSO4(0.1000mol/L)1.08618计算：由饱和甘汞电极的电极电势数据，以及a、b两组电池的电动势测量值，分别计算铜电极和锌电极的电极电势。室温下，甘汞=0.2438-6.5×10-4〔17-25〕=0.24900V∵Ea=甘汞-Zn2+/Zn ∴Zn2+/Zn = 甘汞- Ea =0.24900-1.07073 =-0.82173V同理，Eb=Cu2+/Cu -甘汞 =甘汞+Eb 0.28757V在25C时0.1000mol·L-1CuSO4溶液中铜离子的平均离子活度系数为 0.16，0.1000mol·L-1ZnSO4溶液中锌离子的平均活度系数为0.15，计算铜电极和锌电极的标准电极电势。∵

=0

+ -RTln 1Cu2

/Cu

/Cu

2F

Cu2

+ =0.28757+8.314290ln

1=0.3392VCu2

/Cu

296500 0.10.16同理,

=0

-RTln 1Zn /Zn

Zn

2F

Zn2∴0

=-0.82173+8.314290ln

1=-0.7693VZn /Zn

296500 0.10.15物理化学数据手册上的标准电极电势数据0*Cu2+/Cu=0.3402V 0*Zn2+/Zn=-0.7630V0*Cu2+/Cu>0Cu2+/Cu 0*Zn2+/Zn>0Zn2+/Zn六．留意事项：标准电池切勿摇摆或颠倒，正负极不能接错，不能用万用表量其电压。待检流计光点调到零点后再按“细”按钮，以免烧坏检流计。又按按钮使之通路的时间不行过长，勿超过一秒。用滤纸轻轻吸干，以免转变溶液浓度。甘汞电极内布满KCl溶液，并留意在电极内应有固体的KCl存在，以保证在所测温度下为饱和的KCl溶液。使用时应把橡皮头拔去。七．结果争论：由试验所得结果计算锌电极和铜电极的标准电极电势标准电池长期使用后其电动势已变动，但未校正。用电位计测电池电动势时，每测一次前都需用标准电池校正，否则因工作电池的放电而转变了工作电流，致使电位计上的刻度不等于实际的电位值。测电动势最好应在恒温条件下进展，但目前尚无这样的条件。制备电极时如电流密度过大，镀液有误或镀前电极外表未经干净处理睬使镀层粗糙而易于剥落，致使电极电位有所转变而影响所测的电动势值。八．思考题：为什么不能用伏特计测量电池电动势？〔1〕用伏特计测量，总不免有电流流过电池，势必有一局部电动势消耗在极化〔使溶液的浓度转变，导致电动势的转变，从而破坏了电池的可逆性。对消法测量电池电动势的主要原理是什么？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.应用UJ-25型电势差计测量电动势过程中，假设检流计光点总往一个方向偏转，这可能是什么缘由？可能是：①被测电动势高于电位差计的量限；②工作