原电池电动势的测定及其应用
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原电池电动势的测定及其应用 - 环境科学与工程学院
实验三原电池电动势的测定及其应用1．目的要求（1）测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电动势；（2）学会一些电极的制备和处理方法；（3）了解电位差计的基本原理和正确使用。
2．实验原理凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。
对定温定压下的可逆电池而言:ΔrGm =- n F E （1）式中ΔrGm 是电池反应的吉布斯自由能增量；n为电极反应中电子的得失数。
F 为法拉弟常数； E为电池的电动势。
从式中可知，测得电池的电动势E后，便可求得ΔrGm，进而求得其他热力学参数。
但须注意，首先要求被测电池反应本身是可你逆的，即要求电池的电极反应是可逆的且不存在不可逆的液接界。
同时要求电池必须在可逆的情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只允许有无限小的电流通过电池。
为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，一般均采用电位差计测量电池的电动势。
原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能分别测定出两个电极的电势，就可以计算得到由它们组成的电池电动势。
下面以锌-铜电池为例进行分析。
电池表示为： Zn∣ZnSO4(a1)‖CuSO4(a2)∣Cu符号“∣”代表固相（Zn或Cu）和液相（ZnSO4和CuSO4两相界面；“‖”代表连通两个液相的“盐桥”；m1和m2分别为ZnSO4和CuSO4的质量摩尔浓度。
当电池放电时：负极起氧化反应：Zn → Zn2+（a（Zn2+））+2e-正极起还原反应：Cu2+（a（Cu2+））+2e- →Cu电池总反应为： Zn+ Cu2+（a（Cu2+））→Zn2+（a（Zn2+））+ Cu电池反应的吉布斯自由能变化值为：2+2(Zn )()ln ()()r m r ma a Cu G G RT a Cu a Zn Θ+•∆=∆+• （2）上述式中r m G Θ∆为标准态时自由能的变化值；a 为物质的活度，纯固体物质的活度等于1，则有：在标准态时a （Zn 2+）= a （Cu 2+）=1 （3） 在标准态时，a （Zn 2+）= a （Cu 2+）=1，则有：r m r m G G nFE ΘΘ∆=∆=- （4）式中E Θ为电池的标准电动势。
原电池电动势的测定及应用实验报告
原电池电动势的测定及应用实验报告实验目的1、学会Cu、Zn电极的制备和简单处理方法。
2、测定Cu-Zn原电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势。
3、掌握电位差计(包括数字式电子电位差计)的测量原理和正确使用方法。
实验原理电池电动势E的测定必须是在热力学可逆的条件下进行。
因此在测定时，首先要求被测电池反应本身是可逆的，即要求电池的电极反应是可逆的，并且不存在不可逆的液体接界，同时要求电池在放电或充电过程都必须在平衡态或无限接近平衡态下进行，即要求通过电池的电流无限小。
当一个可逆的化学反应是在无限缓慢的情况下进行时，就可以认为该电池的反应是在接近热力学可逆的条件下进行的。
而一个电池反应的快慢是以通过该电池电流的大小反映的，当通过电池的电流无限小时，则该可逆电池的反应就是在接近热力学可逆的情况下进行的。
为了使可逆电池在接近热力学可逆条件下进行，通常采用根据补偿法或称对消法(在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池)设计的电位差计来测量电池的电动势。
液体接界电势的存在会破坏电池的可逆性，所设计的电池要尽量避免出现液接界，在精确度要求不高的测量中，常用“盐桥”来减小液接界电势。
电位差计(示意图如下)，是利用补偿法测量直流电动势(或电压)的精密仪器，其工作原理如图所示:工作电源E，限流电阻R p，滑线电阻R AB构成辅助回路，待测电源E x(或标准电池E n)，检流计G和R AC构成补偿回路。
按图中规定电源极性接入E、E x，双向开关K打向2，调节C点，使流过G中的电流为零。
(称达到平衡。
若E<E x或E、E x极性接反，则无法达到平衡)，则E x=V AC=I R AC 即E x被电位差I R AC所补偿。
I为流过滑线电阻R AB的电流，称辅助回路的工作电流。
若已知I和R AC就可求出E x。
实际的电位差计，滑线电阻由一系列标准电阻串联而成，工作电流总是标定为一固定数值I0，使电位差计总是在统一的I0下达到平衡，从而将待测电动势的数值直接标度在各段电阻上(即标在仪器面板上)，直接读取电压值，这称为电位差计的校准。
原电池电动势的测定及应用实验报告
原电池电动势的测定及应用实验报告实验报告：原电池电动势的测定及应用一、实验目的：1.学习如何测定原电池的电动势。
2.了解原电池的构造和工作原理。
3.研究原电池的应用。
二、实验仪器和材料：1.原电池（例如锌银电池、铜锌电池等）2.电流表3.电位计4.导线5.开关6.电阻箱7.连接板8.电源三、实验原理：原电池是一种将化学能转化为电能的装置，由两个不同的金属或合金及其周围的电解质溶液组成。
在原电池中，金属条与电解质之间的化学反应产生电流。
电动势是原电池提供给外部电路单位正电荷所需的能量。
电动势的实际值与原电池的化学反应和电化学平衡有关。
四、实验步骤及数据处理：1.将原电池、电流表、电位计以及电阻箱按照电路图连接好。
2.打开开关，通过调节电阻箱中的电阻，使电流表示数保持在一个恒定的值。
3.根据电位计的示数和电流表的示数，计算出原电池的电动势。
五、实验结果与分析：根据电位计的示数和电流表的示数，我们进行了多组实验，并计算出了不同条件下原电池的电动势。
在分析实验结果时，我们可以发现，原电池的电动势与电流的大小无关，主要取决于原电池中的化学反应和电化学平衡。
不同种类的原电池，其电动势可能会有所不同。
六、实验应用：1.用于供电：原电池可以直接为电器设备或电路提供稳定的直流电源。
2.计算电动势：通过测量原电池的电动势，我们可以了解原电池的性能与工作状态，判断其是否需要更换或维修。
3.进行电解实验：原电池可以为电解实验提供所需的电流。
4.进行电池组装：原电池可以通过串联或并联的方式组装成电池组，提供更大的电动势和容量。
七、实验总结：通过本次实验，我们学习了如何测定原电池的电动势，并了解了原电池的构造、工作原理和应用。
电动势是一个重要的物理概念，对于理解电路的工作原理和实际应用具有重要意义。
原电池电动势的测定和应用
原电池电动势的测定和应用一、实验目的1.掌握对消法测定可逆电池电动势的测量原理和方法。
2.学会铜电极、醌氢醌电极和盐桥的制备方法。
3.熟悉精密电位差计、标准电池、检流计等仪器的使用方法和技术。
二、实验原理1.凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池或原电池。
可逆电池应满足一下条件：①电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。
②电池中不允许存在任何不可逆的夜接界。
③电池不许在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，亦即允许通过电池的电流为无限小。
因此，在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件，在精确度不高的测量中，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。
用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。
可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。
设正极电势为φ+，负极电势为φ—，则:E=φ+－φ—电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极作为标准(标准氢电极是氢气压力为101325Pa，溶液中为1)，其电极电势规定为零。
将标准氢电极与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。
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、银-氯化银电极等。
2.铜电极的标准电极电势对铜电极可设计电池如下：Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜KCl(饱和)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S)铜电极的反应为: Cu2+ + 2e → Cu甘汞电极的反应为: 2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e电池电动势:(饱和甘汞)所以(饱和甘汞) (8)已知(饱和甘汞)，测得电动势E，即可求得。
3.测定溶液的pH值利用各种氢离子指示电极与参比电极组成电池，即可从电池电动势算出溶液的pH值，常用指示电极有:氢电极、醌氢醌电极和玻璃电极。
今讨论醌氢醌(Q·QH2)电极。
原电池电动势的测定与应用实验报告
原电池电动势的测定与应用一、实验目的1.掌握电位差计的测定原理和原电池电动势的测定方法。
2.加深对可逆电极、可逆电池、盐桥等概念的理解。
3.测定以下电池（I ）及电池（II ）的电动势。
4.了解可逆电池电动势测定的应用二、实验原理电池的书写习惯是左方为负极，右方为正极。
负极进行氧化反应，正极进行还原反应。
如果电池反应是自发的，则电池电动势为正。
符号“∣”表示两相界面，“‖”表示盐桥。
在电池中，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。
规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差，即： 原电池电动势的测定负极反应：()e Cl Hg Cl Hg 221-+→+饱和 正极反应：Ag e Ag →++总反应： ()Ag Cl Hg Ag Cl Hg 2221-+→+++饱和银电极的电极电势：+++-=Ag oAg/Ag Ag/Ag a 1ln F RT ϕϕ ()25t 00097.0799.0oAg/Ag --=+ϕ []0.02Ag a Ag =≈++饱和甘汞电极的电极电势：--=Cl oa 1ln F RT 饱和甘汞饱和甘汞ϕϕ ()25t 00065.02415.0--=饱和甘汞ϕ从上述电池的两个电极电位可算出电池的理论电动势,将测定值与之比较。
电池（II ）：()()Pt |Q Q NaAc L 0.2mol HAc L 0.2mol H ||饱和KCl |Cl Hg |Hg 2H -1-122⋅⋅+⋅+正极反应：()()()氢醌OH H C 2e 2H 醌O H C 246246→+++醌氢醌电极电极电势：pH F2.303RT a 1ln F RT o醌氢醌H o醌氢醌醌氢醌-=-=+ϕϕϕ 电池（I ）：()()Ag|L mol 0.02AgNO ||KCl |Cl Hg |Hg -1322⋅饱和()25t 0.000740.6994o醌氢醌--=ϕ原电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计接通后有电流通过， 在电池两极上会发生极化现象，使电极偏离平衡状态。
实验六十七 原电池电动势的测定及其应用
四、实验步骤
3、电动势测定
1）根据Nernst公式计算实验温度下电池1、2、3、4、5、 6的电动势理论值。 2）正确接好测量电池1的线路。用SDC数字电位差计测 量电池1的电动势。每隔2分钟测一次，共测三次。 3）同法，用SDC数字电位差计测量电池2、3、4、5、6 的电动势，要测至平衡时为止。 4）测量完毕后，倒去小烧杯的溶液，洗净烧杯。饱和甘 汞电极淋洗后，浸入饱和氯化钾溶液中保存。
五、注意事项
1、为使极化影响降到最小，测量前可初步估算被测 电池的电动势大小，以便在测量时能迅速找到平衡点。 2、测量电池电动势时，在对消点前，测量回路有电 流通过，在测量过程中不能使测量回路一直连通，应接 通一下调一下，直至平衡。 3、为判断所测量的电动势是否为平衡电势，可在约 15 min内等间隔地测量7～8个数据。若这些数据是在平 均值附近摆动，偏差小于±0.5 mV，则可认为已达平衡， 并取最后三个数据的平均值作为该电池的电动势。 4、盐桥不能完全消除液接电势，一般仍剩余1~2mV， 所以测得结果只能准至mV。
能否用伏特计来测量E ？
EX U IR内
I 0,U EX
电池与伏特计接通后有电流通过，在电池两极上会发生极 化现象，使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，伏特 计所量得的仅是不可逆电池的端电压。 因此电池电动势不能直 接用伏特表来测定。 利用电位差计可在电池无电流（或极小电流）通过时测得 其两极间的电势差，即为该电池的平衡电动势。
2、电池组合
四、实验步骤
将饱和KCl溶液注入50mL小烧杯中作为盐桥，得 电池1： Zn|Zn2+(0.1000mol· -1)||Cu2+(0.1000mol· -1)|Cu L L 电池2： Zn|Zn2+(0.1000mol· -1)||KCl(饱和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l) L 电池3： Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)||Cu2+(0.1000mol· -1)|Cu L 电池4： Cu | Cu 2+(0.0100mol· -1)||Cu2+(0.1000mol· -1)|Cu L L 电池5： Zn|Zn2+(0.1000mol· -1)||KCl(饱和)|AgCl(s)|Ag L 电池6： Ag|AgCl(s)|KCl(饱和)||Cu2+(0.1000mol· -1)|Cu L
原电池电动势测定及应用
原电池电动势测定及应用原电池是一种能够将化学能转化为电能的装置。
常见的原电池有干电池、铅酸蓄电池、镉镍蓄电池等。
原电池的电动势是指，在电池内部两个不同电极材料之间，由于电化学反应而产生的电压差。
电动势越大，电池的输出电流和电能就越大，电池的性能也就越好。
本文将介绍原电池电动势的测定方法和其应用。
1. 理论计算法原电池电动势可通过化学反应式计算。
例如，在铅酸蓄电池中，反应式为Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O，化学反应式中所涉及的各元素的标准电极电势都是可以测定的。
因此，可以通过这些标准电极电势，计算出铅酸蓄电池的电动势。
2. 电位差法电位差法是通过将原电池与标准电池相比较，从而测定原电池电动势的一种方法。
假设现在要测量一个铅酸蓄电池的电动势，可以将该电池的电极接到标准氢电极上，并将另一电极与标准铜电极相连。
然后通过电桥法或伏安法测出两电极之间的电位差，从而计算出原电池的电动势。
3. 外施电势法外施电势法是一种直接测量原电池电动势的方法。
首先将原电池的电极接到电阻上，然后将其另一端连接到外部电源的正极上，使得原电池与外部电源并联。
通过调节外部电源的电势差，使得原电池电路中的电流为0，此时外部电源的电势差即为原电池的电动势。
原电池电动势的测定方法可以应用于电池的性能评估、研究和开发。
在电池的生产过程中，需要对电池电动势进行测定，以保证电池的性能能够满足设计要求。
在电池的研究和开发中，电动势的测定可以帮助研究人员评估不同电化学反应条件下的原电池电动势，从而优化电池的性能，提高其效率和能量密度。
在实际应用中，原电池的电动势可以用于驱动电子元件和机械设备等。
例如，在闪光灯中，闪光灯电路中的闪光灯管需要较高的电压来激发气体放电，电动势较高的铅酸蓄电池可以满足这个要求。
在无线传感器网络中，原电池电动势可以用来提供稳定的电源，使得传感器节点能够长时间工作。
总之，原电池电动势的测定和应用可以帮助我们更好地认识和应用电池，从而更好地满足我们的日常和工业生产需求。
原电池电动势的测定及其应用
一、实验目的和要求1. 掌握补偿法测定电池电动势的原理和方法；2. 掌握电位差计、检流计和标准电池的使用方法；3. 学会电极和盐桥的制备方法；4. 掌握通过测量原电池电动势计算热力学函数变化值的原理、方法及其他应用。
二、实验内容和原理1．补偿法测电动势的原理电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计联接后有电流通过，就会在电极上发生电极极化，结果使电极偏离平衡状态。
另外，电池本身有内阻，所以伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。
测量电池电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需用对消法(又叫补偿法)来测定电动势。
对消法的原理是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。
对消法测电动势常用的仪器为电位差计，其简单原理如图1所示。
电位差计由三个回路组成：工作电流回路、标准回路和测量回路。
图1 补偿法原理线路图(1)工作电流回路工作电流由工作电池E的正极流出，经可变电阻R、滑线电阻返回E的负极，构成一个通路，调节可变电阻R，使流过回路的电流成为某一定值。
这样AB上有一定的电位降低产生，工作电源E可用蓄电池或稳压电源，其输出电压必须大于待测电池的电动势。
（2）标准回路Es为电动势精确已知的标准电池，C是可在AB上移动的接触点，K是双向开关，KC间有一灵敏度很高的检流计G，当K扳向S一方时，AC1GS回路的作用时校准工作回路的以确定AB上的电位降。
如标准电池S的电动势为1.01865伏，则先将C点移动到AB上标记1.01865伏的C1处，迅速调节R直至G中无电流通过。
这时S的电动势与AC1之间的电位降与AC1间的电位降大小相等、方向相反而对消。
（3）测量回路当双向开关K换向Ex的一方时，用AC2GX回路根据校正好的AB上的电位降来测量未知电池的电动势。
在保证校准工作电流不变的情况下，在AB上迅速移动到C2点，使G中无电流通过，这时X的电动势与AC1间的电位的电位降大小相等，方向相反而对消，于是C2点所标记的电位降为X的电动势。
原电池电动势的测定和应用
原电池电动势的测定和应用原电池电动势的测定和应用引言：原电池电动势是指在没有电流通过时，电池两个极之间的电压差。
它是电池内部的化学反应产生的电势差，也是电池提供电能的基础。
准确测定和充分利用原电池电动势，对于电池的设计和应用具有重要意义。
本文将介绍原电池电动势的测定方法和其在实际应用中的一些典型案例。
一、原电池电动势的测定方法1. 电池伏特计法电池伏特计法是最常用的测定原电池电动势的方法。
具体操作步骤如下：（1）将待测电池与标准电池连接成串联电路；（2）用电压表测量串联电路的总电压；（3）通过改变待测电池与标准电池的连接方式（正负极对换），多次测量总电压；（4）通过计算得到待测电池的电动势。
2. 静态电位法静态电位法是一种利用电位差计测量电动势的方法。
具体操作步骤如下：（1）将待测电池的两个极分别连接到两个电位计的电极上；（2）通过调整电位计的电位差，使得两个电位计的读数相等；（3）记录下电位计的电位差，即为待测电池的电动势。
二、原电池电动势的应用1. 电池选型在进行电池选型时，原电池电动势是一个重要的考虑因素。
不同应用场景对电池的电动势要求不同，如需要提供大电流的应用通常需要较高的电动势，而对于低功耗设备，则可以选择电动势较低的电池。
因此，准确测定原电池电动势可以帮助工程师选择适合的电池。
2. 电池的寿命预测电池的寿命与其电动势密切相关。
通过测量电池的电动势变化，可以预测电池寿命的变化趋势。
当电动势降低到一定程度时，就意味着电池即将达到寿命极限，需要进行更换或充电。
3. 电池状态监测电池状态监测是指实时监测电池的电动势变化，以判断电池的工作状态。
通过测量电动势的变化，可以判断电池是否正常工作，是否需要维护或更换。
这对于一些关键设备的运行非常重要，如医疗设备、航天器等。
4. 电池的充放电控制电池的充放电控制是指根据电池的电动势变化来控制充放电过程。
通过测量电动势的变化，可以判断电池的电量情况，从而控制充放电的时机和速度，以保证电池的安全和有效使用。
原电池电动势的测定及应用实验报告
原电池电动势的测定及应用实验报告一、实验目的本实验旨在通过测定原电池的电动势，探究原电池内部化学反应的特性，以及原电池在实际应用中的表现。
通过本实验，能够深入了解电化学领域的知识，为日后的学习和科研打下坚实的基础。
二、实验原理1. 原电池的电动势在实验中，我们将使用铜离子和锌离子构成的原电池作为研究对象。
铜离子在还原反应中接受电子，锌离子在氧化反应中释放电子，从而构成了原电池的电化学反应。
根据纳塔尔方程，可以得到原电池的标准电动势公式如下：E°cell = E°cathode - E°anode其中E°cell表示原电池的标准电动势，E°cathode表示还原反应的标准电势，E°anode表示氧化反应的标准电势。
通过测定原电池的电动势，可以推断出原电池内部化学反应的趋势和特性。
2. 库仑定律根据库仑定律，原电池电动势与反应物浓度的关系可以表示为：Ecell = E°cell - (RT/nF) * lnQ其中Ecell表示原电池的电动势，E°cell表示标准电动势，R表示气体常数，T表示温度，n表示电子转移数，F表示法拉第常数，Q表示反应物的活度积。
通过测定不同反应物浓度下的电动势变化，可以验证库仑定律的成立。
三、实验材料和设备1. 铜离子和锌离子构成的原电池2. 电位计3. 导线4. 盐桥5. 反应物浓度变化实验所需的试剂四、实验步骤1. 将原电池连接至电位计，并记录下初始电动势。
2. 分别测定不同反应物浓度下的电动势，记录实验数据。
3. 根据实验数据，绘制原电池电动势与反应物浓度的关系图。
4. 分析实验结果，总结实验结论。
五、实验结果与分析我们在实验中测定了铜离子和锌离子构成的原电池在不同反应物浓度下的电动势变化情况。
通过实验数据的分析，我们得出了如下结论：1. 随着反应物浓度的变化，原电池的电动势呈现出明显的变化趋势，符合库仑定律的规律。
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2）测量未知电池电 动势EW
开关K打向2，
调节测量回路的电 阻RX至检流计无电 流通过，此时I RX与 被测电池电动势对 消。
EX IW RX
En IW Rn
En IW Rn
RX E X EN RN
二、实验原理
3、电极电势的测定 1）标准氢电极
实验只能测得两个电极构成的电池的电动势E，而无法测 得单个电极的电极电势φ。 若选定一个电极作为标准，使其与任意其它电极组成电 池，测其电动势，就可得出各电极的相对电极电势φ 。
Pt | H2 (p) | H (aH 1) 规定：
1 2
H2 (p ) H (a
H
1) e
mH 1.0 mol kg1
m,H 1.0
am,H 1.0
用镀铂黑的金属铂导电
(H |H2 ) 0
二、实验原理
2）氢标还原电极电势
Pt│H2 (p)│H (aH 1) || Cu 2 (aCu2 │Cu(s) )
六、数据记录和处理
室温:____________气压：____________ 数据记录：
电池 Zn-Cu电池 Cu浓差电池 Zn-甘汞电池 甘汞-Cu电池 电池反应 电动势（实验值）/V (1) (2) (3) 平均值 /V
六、数据记录和处理
（1）根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算 实验温度下饱和甘汞电极的电极电势：
SCE / V 0.2415 7.61104 T / K 298
（2）根据测定的各电池的电动势，分别计算铜、锌电极的 298 K ，并与文献值进行比较，求出相对误差。 T T
、
（3）从附表中查出25℃铜电极和锌电极的标准电极电势、 温度系数及活度系数，由此计算室温下铜、锌的电极电势， 再计算各原电池的理论电动势E理，与实验值E实进行比较， 求出相对误差。
铜电极： 0
T
0.34191.6 105 (T 298)
锌电极：
0 T 0.7627 1.0 104 (T 298) 0.5 0.62106 (T 298)2
七、思考题
（1）在用电位差计测量电动势过程中，如果测量过程中， 检零指示呈溢出符号，试从接线上分析可能是什么原因？ （2）用Zn(Hg)与Cu组成电池时，有人认为锌表面有汞， 因而铜应为负极，汞为正极。请分析此结论是否正确? （3）选择“盐桥”液应注意什么问题?
四、实验步骤
2、电池组合
将饱和KCl溶液注入50mL小烧杯中作为盐桥，得 电池1： Zn|Zn2+(0.1000mol· -1)||Cu2+(0.1000mol· -1)|Cu L L 电池2： Zn|Zn2+(0.1000mol· -1)||KCl(饱和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l) L 电池3： Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)||Cu2+(0.1000mol· -1)|Cu L 电池4： Cu | Cu 2+(0.0100mol· -1)||Cu2+(0.1000mol· -1)|Cu L L
r Gm RT ln K a
Ka
zE F exp RT
二、实验原理
2、原电池电动势的测定
电池电动势是通过原电池电流为零(电池反应达平衡)时的 电池电势，用E表示，单位为伏特。由于电动势的存在，当外接 负载时，原电池就可对外输出电功。 能否用伏特计来测量E ？
EX U IR内
I 0,U EX
电池与伏特计接通后有电流通过，在电池两极上会发生极 化现象，使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，伏特 计所量得的仅是不可逆电池的端电压。 因此电池电动势不能直 接用伏特计来测定。 利用电位差计可在电池无电流（或极小电流）通过时测得 其两极间的电势差，即为该电池的平衡电动势。
E ,
rGm , rGm , r Sm , r Hm , QR , Ka
E r Sm zF T p
r Gm zE F
E r H m zEF zFT T p
E QR zFT T p
阳极，氧化（-）
H2 (p ) 2H (a
H
1) 2e
阴 极 ， 还 原 （ + ） Cu2 (a 2 ) 2e Cu 电池净反应
Cu(s)
E R L
(Ox|Red) (Ox|Red)
H2 (p) Cu2 (aCu2 ) Cu(s) 2H (aH 1)
一、实验目的
（1）掌握电位差计的测量原理和正确使用方法。 （2）学会一些电极的制备和处理方法。 （3）测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电
极电势。
二、实验原理
1、原电池电动势与热力学函数的关系
在恒温恒压可逆条件下 实验可测的值 E, 计算
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吉首大学 化学实验教学中心
Experimental Chemistry Center of Jishou University
实验七十九
原电池电动势的测定及其应用
主讲教师：刘文萍
吉首大学化学实验教学中心
实验七十九
原电池电动势的测定及其应用 预习提问
1、什么是原电池的电动势？ 2、能否用伏特计测定原电池的电动势？为什么？ 3、简述电位差计的工作原理，即对消法的测量原理。 4、什么是电极电势？ 5、简述铜电极电势测定的基本原理。 6、铜电极制备时为何要电镀铜？ 7、锌电极制备时为什么要使锌汞齐化？ 8、电动势测定实验中，原电池的电极接反会有什么结果？ 9、电动势测定实验中，Ex、En、Ew中任一不通（断路）会有 什么结果？ 10、盐桥的作用是什么？选择盐桥液应注意什么问题？ 11、制备电极时为什么电极的虹吸管内（包括管口）不能有 气泡？ 12、如何判断所测量的电动势为平衡电势 ？
三、实验仪器与试剂
（1）仪器
SDC数字电位差计 饱和甘汞电极 银/氯化银电极 电极管 铜电极 锌电极 电极管 电镀装置 250 mL烧杯 50mL小烧杯 1台 1支 1支 3支 2支 1支 3个 1套 1个 4个
（2）试剂
0.1000mol· -l硫酸锌溶液 L 0.1000mol· -l硫酸铜溶液 L 0.0100mol· -l硫酸铜溶液 L 6 mol· -l硫酸溶液 L 6 mol· -l硝酸溶液 L 饱和硝酸亚汞溶液 镀铜溶液 饱和氯化钾溶液
四、实验步骤
3、电动势测定
1）根据Nernst公式计算实验温度下电池1、2、3、4的电 动势理论值。 2）正确接好测量电池1的线路。用SDC数字电位差计测 量电池1的电动势。每隔2分钟测一次，共测三次，偏差小于 ±0.5mV，可认为已达平衡，其平均值就为该电池的电动势。 3）同法，用SDC数字电位差计测量电池2、3、4的电动 势，要测至平衡时为止。 4）测量完毕后，倒去小烧杯的溶液，洗净烧杯。饱和甘 汞电极用去离子水淋洗后，浸入饱和氯化钾溶液中保存。
四、实验步骤
1、电极制备
表面氧化层 的去除 去油 机械打磨 铜电极 HNO3 酸洗 锌电极 H2SO4
电 极 的 制 备 方 法
铜电极
表面修饰 锌电极
电镀
汞齐化
电极制备注意事项：
1） 手指不要触摸电极 2） 时间控制: 酸洗时间、汞齐化时间
3） 各实验步骤间注意用自来水及去离子水清洗 4） 注意避免新鲜表面被空气氧化 5） 电镀电流密度及时间的控制 控制原则： 镀层呈粉红色、有金属光泽
二、实验原理
电位差计是根据补偿法(或称对消法)测量原理设计的一种 平衡式电压测量仪器。其工作原理是在待测电池上并联一个大 小相等，方向相反的外加电势，这样待测电池中就没有电流通 过，外加电势差的大小就等于待测电池的电动势。如图1所示。 Ew——工作电源； En——标准电池； EX——待测电池； r ——调节电阻； RX——待测电池电 动势补偿电阻； Rn——标准电池电 动势补偿电阻； K——转换电键； G——检流计
在电解池中正极为 阳极，负极为阴极； 在原电池中则相反
2、原电池如何把化学反应转变成电能？
1）该化学反应是氧化还原反应，或包含有氧化还
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原的过程；
2）有适当的装置，使化学反应分别通过在电极 上的反应来完成； 3）有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应电 解质； 4）有其他附属设备，组成一个完整的电路。
五、注意事项
（1）为使极化影响降到最小，测量前可初步估算被测电池 的电动势大小，以便在测量时能迅速找到平衡点。 （2）测量电池电动势时，在对消点前，测量回路有电流通 过，在测量过程中不能使测量回路一直连通，应接通一下 调一下，直至平衡。 （3）为判断所测量的电动势是否为平衡电势，可在约15 min内等间隔地测量7～8个数据。若这些数据是在平均 值附近摆动，偏差小于±0.5 mV，则可认为已达平衡， 并取最后三个数据的平均值作为该电池的电动势。 （4）盐桥不能完全消除液接电势，一般仍剩余1~2mV，所 以测得结果只能准至mV。
Cu 2+ |Cu H+ |H 2+ 2 Cu |Cu
以标准氢电极作阳极即负极；而将待测电极作阴极即正 极，组成原电池，然后用电位差计测量该电池的电动势，这个 数值和符号就是待测电极的氢标还原电极电势的数值和符号。
3）二级标准电极——甘汞电极
以氢电极为基准电极测电动势时，精确度很高。一般情况 下可达1×10-6V。但氢电极的使用条件要求严格，且制备和纯 化比较复杂，所以在实际应用中常采用有确定电极电势的甘汞 电极作二级标准电极。
五、注意事项