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实验十六可逆电池电动势地测定

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实验报告一、数据记录和处理1. 室温时各电池的电池电动势测定T室温= 289.15K表1 室温时各电池的电池电动势2. 数据处理（1）写出a、b、c、d各被测电池的表达式、电极反应和电池反应。

a. 电池的表达式：Hg│Hg2Cl2 (s)│KCl(饱和)‖AgNO3(0.0100 mol/L)│Ag电极反应: Hg + Cl-（饱和） + Ag + = 1/2 Hg2Cl2 + Ag负极：Hg + Cl-（饱和）= 1/2 Hg2Cl2 + e-正极：Ag ++ e-= Agb. 电池的表达式：Hg│Hg2Cl2 (s)│KCl(饱和)‖Q,QH2,H+│Pt电极反应: C6H4O2（醌）+ 2H+ + 2e- = C6H4(OH）2（氢醌）负极：2Hg+ 2Cl- - 2e- → Hg2Cl2正极：Q + 2H+ + 2e- → QH2c. 电池的表达式：Hg │Hg 2Cl 2(s)│KCl(饱和)‖AgNO 3(0.100 mol/L)│Ag 电极反应: Hg + Cl -（饱和） + Ag += 1/2 Hg 2Cl 2 + Ag 负极：Hg + Cl -（饱和）= 1/2 Hg 2Cl 2 + e - 正极：Ag ++ e - = Agd. 电池的表达式：Ag │AgCl (s)│HCl (0.1 mol/L)‖AgNO 3(0.100 mol/L)│Ag 电极反应: Ag ++ Cl - = Ag负极：Ag + Cl - - e -→ AgCl正极：Ag + + e -→ Ag（2）由电池（a ）的电动势计算银电极电势。

根据能斯特公式计算银电极的标准电极电势。

与文献值比较，求相对误差（已知0.01001-⋅kg mol AgNO 3溶液的离子平均活度系数±γ=0.90）。

饱和甘汞电极电势和银电极的标准电极电势文献值见附表9-17。

查附表9-17计算饱和甘汞电极的电极电势和银电极的标准电极电势：=饱和甘汞ϕ0.24735 VθϕAgAg+=0.80773 V由饱和甘汞ϕϕ-=+AgAg E 得：=+AgAg ϕ0.70267 V再由能斯特方程+++-=Ag AgAg AgAg F RT αϕϕθ1ln得θϕAg Ag + θϕAgAg+=0.70267 + 8.314*289.15/96500*ln(1/0.01) =0.81739 V并计算银电极标准电极电势的相对误差：相对误差=(0.81739-0.80773)/0.80773*100%=1.20%（3）由电池（b ）的电动势求醌氢醌电极的电极电势和缓冲溶液pH 。

醌氢醌电极的标准电极电势见附表9-17。

根据缓冲溶液的浓度和醋酸的电离常数（查附表9-15），计算缓冲溶液pH 的理论值，与上面用电动势法测得的pH 相比较，求相对误差。

已知25℃时0.13-⋅dm mol NaAc 的离子平均活度系数（±γ=0.791）。

查附表9-17计算醌氢醌电极的标准电极电势：=θϕ2QHQ 0.6994 – 0.00074*(t -25) = 0.70606 V由饱和甘汞2ϕϕ-=QH Q E 得：2QH Q ϕ=0.200575 + 0.24735=0.44793 V再由+-=H QH Q QH Q F RT αϕϕθ122ln 得缓冲溶液的pH pH = (0.70606 – 0.44793)*96500/8.314/2.303/289.15=4.50根据缓冲溶液浓度和醋酸的电离常数（查附表9-15），计算缓冲溶液pH 的理论值 查附表9-15得醋酸的电离常数ϑa K =1.745*10-5再由NaAcHAca pK pH ααϑlg-= pH=-lg （1.745*10-5）- lg0.1/(0.1*0.791)= 4.656并计算醋酸溶液pH 的相对误差：相对误差=（4.656-4.50）/4.656*100%=3.35% （4）*c ）的电动势计算0. 10001-⋅kg mol AgNO 3溶液的离子平均活度系数。

银电极标准电极电势用附表9-17中的关系式求得。

由饱和甘汞ϕϕ-=+AgAg E 得：=+AgAgϕ0.500416 + 0.24735=0.74777 V再由银电极的能斯特方程+++-=Ag AgAg AgAg F RT αϕϕθ1ln得+Ag α +Ag α=RTF Ag Ag AgAg e）(||++--ϕϕθ=15.289314.8)74777.0807730.(96500⨯--e=0.090095由()⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅===±±±+ϑγαααb b AgNO AgNO Ag 233, 则3AgNO ,±γ =0.090095/0.100=0.90095 （5）*a ）、（c ）的电动势计算下列浓差电池()()Ag kg mol AgNO kg mol AgNO Ag 13131000001000--⋅⋅..的电动势，与用能斯特公式计算结果相比较，0. 10001-⋅kg mol AgNO 3溶液的±γ=0.734。

由饱和甘汞ϕϕ-=+aAg Ag a E ,得：=+a Ag Ag ,ϕ0.70267 V饱和甘汞ϕϕ-=+c Ag Ag c E ,得：=+c Ag Ag ,ϕ0.74777 V再由a Ag Ag cAg Ag E ,,++-=ϕϕ浓差=0.0451 V该浓差电池的负极反应：Ag(s) - e - → Ag +(aq) 正极反应：Ag +( aq) + e -→ Ag(s)电池反应：Ag +(0.1000mol ·Kg -1) → Ag +(0.0100mol ·Kg -1) 由浓差电池的能斯特方程求浓差E浓差E =)(,|)(|l F RT a Ag Ag c Ag Ag n ++αα=9623.001.0734.01.0l 96500289.158.314⨯⨯⨯n=0.050615 V （6）*d ）的电动势计算氯化银溶度积ϑsp K 。

已知0.101-⋅kg mol HCl溶液离子平均活度系数±γ=0.796。

由电池d 的电池反应写出能斯特方程求氯化银的ϑsp K ：-+⋅-=cl Ag F RT E E ααθln ϑθspK FRT E ln -= 由于θαθE RTF K ln =此电池反应的标准平衡常数为氯化银溶度积的倒数 θαθspK 1K =经简化得ϑsp K ln = E RTF）（ln -⋅-+cl Ag αα = 0.443925289.158.31496500）796.01.0734.01.0（ln ⨯⨯-⨯⨯⨯= -22.96所以ϑsp K = 1.065×10-10二、 回答问题及讨论1． 测定电池电动势为什么要用补偿法？本实验的测定过程中，在找到光点不偏转的位置之前，仍有电流通过被测定电池，对测量会带来什么影响？如何减少这些影响？答：热力学可逆电池的条件之一就是必须非常接近平衡状态，即通过的电流无限小，所以因此要用补偿法来削减电流，使待测电池工作在可逆状态。

影响：有电流通过时会使电极极化，使测得的电动势偏小。

措施：减少电流通过电池的时间，可以实现预估电池电动势的大小，然后迅速调节。

2． 在测量时找到平衡点后（即检流计光点不偏转时），附图4-3中C C '段电阻中有无电流通过？电流方向如何？BGC C '段线路中有无电流通过？电流方向如何？ 答：CC ’段有电流通过，方向由C 到C ’， BGC C '段无电流通过。

3． UJ25型电位差计中Ⅰ～Ⅳ测量盘线路（见附图4-4）对应附图4-3中的哪部分线路？答：对应CC ’段电阻。

4． 若检流计光点只向一边偏转，因而找不到光点不发生偏转的平衡点，试分析可能的原因是什么？答：待测电池的正负极接反了；工作电池的电压太低。

5．盐桥的作用是什么？一般物理化学教科书中介绍的比较理想的盐桥用电解质是KCl与NH4NO3。

本实验中为什么不用这两种电解质，而用饱和KNO3溶液制备盐桥？答：盐桥作用：降低液面接触电势，并且连通电路。

本实验中由于Cl-及NH4+都会与Ag+发生反应，分别生成沉淀和络合物，影响电极电势测定，故选用饱和KNO3溶液制备盐桥。

6．检流计的使用及维护中最重要的注意事项是什么？标准电池及工作电池的作用有什么不同？使用标准电池时应注意哪些问题？答：检流计注意事项：①检流计使用时不能剧烈震动；②通过检流计的电流在额定的范围内并且时间尽量短；③检流计使用后将量程调节至短路档位。

标准电池作用：电位差测量实验中的标准量具，在直流电位差实验中提供标准的参考电位差。

工作电池作用：在实验中为实验电路提供工作电压，充当工作电源。

使用标准电池时应注意：①避免震动和倒置；②通过标准电池的电流严格限制在范围内；③绝对避免两极短路或者长时间与外电路通电；④温度不超过40℃，不低于0℃。

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实验十六 电极电位和原电池电动势的测定

实验十六 电极电位和原电池电动势的测定

图1 电极电位（原电池电动势）测量原理图实验十六 电极电位和原电池电动势的测定一、目的要求1、巩固电极电位产生原因和影响因素；2、掌握测量电极电位的实验方法；3、掌握原电池、电解池电位的测量方法；4、掌握电极极化的原因；5、掌握电化学测试系统；6、理解原电池和电极电势的概念。

二、实验原理电极电位（原电池电动势）测量方法可以有以下三种方法1：电极电位的直接测量原理如图1。

当被测电极与参比电极组成测量原电池时，参比电极作电池的正极(阴极)时，有若参比电极作电池的负极(阳极)时，有式中：φ为被测电极的氢标电位；φR 为参比电极的氢标电位。

方法2：补偿法测量电极电位原理图，教材56~57页。

方法3：对消法。

图2 补偿法测量电极电位测量原理图对消法测定电动势就是在所研究的电极（电池）的外电路上加一个方向相反的电压。

当两者相等时，电路的电流为零（通过检流计指示）。

此时，所研究的电池的电动势就可以从外电路的电压数值读出。

原电池是由两个“半电池”组成，每个半电池中有一个电极和相应的溶液。

由不同的半电池可以组成各式各样的原电池，电池中的正极起还原作用，负极起氧化作用，电池的电动势等于两个电极电位的差值：左右ϕϕϕϕ-=-=-+E++++=a nF RT ln 0ϕϕ ---+=a nFRT ln 0ϕϕ 例如Cu-Zn 电池 Zn|ZnSO 4（a 1）||CuSO 4(a 2)|CuZn 的电极电位22201ln 2Zn Zn Zn Zn Zn RT F a ϕϕ+++=- Cu 的电极电位22201ln 2Cu Cu Cu Cu Cu RT F a ϕϕ+++=- Cu-Zn 电池的电动势为： ++++--=2222Cu n /Zn Zn 0Cu 0ln 2)(ααϕϕZ Cu /F RT E 三、仪器与药品 电化学测试系统 1套 饱和甘汞电极 1只盐桥 1个 电解池 1套Cu 电极片 1个 Fe 电极片 1个容量瓶 1个 量筒 1个广口瓶 3个 饱和KCl 溶液CuSO4（0.1mol.L-1）溶液 CuSO4（0.01mol.L-1）溶液NaCl （0.1mol.L-1）溶液四、实验步骤图4 工作电极的结构示意图 1、电极制备工作电极表面要平整，不能出现尖角或台阶，这些结构将会影响电极电位的分布。

可逆电池及其电动势的测定解读

可逆电池及其电动势的测定解读


§7.7 电极电势和液体接界电势
• • • 7.1电池电动势的构成 7.2电极电势 7.3电极电势与电池电动势的关系
E E右 E左 E E右 E左

§7.5 可逆电池及其电动势的测定
• • 5.1 可逆电池 5.2 韦斯顿标准电池
(1) 构成 (2) 电极反应和电池反应
8 8 Cd (汞齐) Hg 2 SO4 ( s) H 2O(l ) 2 Hg (l ) CdSO4 H 2O( s) 3 3
(3) 特点 电动势稳定，25℃时E=1.0184V， 温度每升高1 ℃ ，电动势约减小 5×10-5V
4 p
1
1
r
m
p
mol 1
r Hm r Gm T r Sm 31.57kJ mol
1
Qr ,m T r Sm 4.365kJ mol 1
§7.6 原电池热力学
• 6.5 能斯特方程
r Gm r Gm RT ln J p
（1）化学反应的等温方程
（4）电极反应的能斯特方程
B RT （电极） E (电极） E ln a （电极） B (电极） zF B (电极）


（5）标准电极电势表 ★ 电极符号表示法---- “离子中性态”
★ 电极反应均为还原反应----
氧化态+ne
还原态 还原电极电势的高低是该电极氧化态物质获得电子能力大小的量度
• 6.4 计算原电池可逆放电时的反应热 Qr T S Qr ,m zFT E T p


问：Qr,m 与Qp有何区别? 答： Qp是无非体积功时反 应的恒压热效应，而Qr,m 是反应在原电池装置中可 逆放电（做非体积功）时 的热效应，它们的差值为 可逆电功
电动势的测定

电动势的测定

电动势的测定1 引言1.1 实验目的1、掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。

2、了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。

3、测定Ag 、Zn 电极电势和Ag 浓差电极电动势。

1.2 实验原理电动势的测量在物理化学研究中有重要的意义和广泛的应用。

在恒温恒压可逆条件下，电池反应的吉布斯自由能的改变值等于对外所作的最大非体积功，如果非体积功只有电功一种，则,()r T p G nEF ∆=-式中：n 为电池输出元电荷的物质量，单位为mol ，E 为可逆电池的电动势，单位为V ，F 为法拉第常数。

通过电动势的测量可以获得一系列的热力学函数。

1、对消法测电动势的原理电池电动势不能直接用伏待计来测量，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。

（1）工作电流回路AB 为均匀滑线电阻，通过可变电阻R 与工作电源E 构成回路。

其作用是调节可变电阻R ，使流过回路的电流为某一定值。

其输出电压必须大于持测电池的电动势。

图1：对消法测定原理图（2）标准回路S 为电动势精确已知的标准电池。

当K 板向S 一方时，迅速调节C 2与S 标定值相等，再调节R 使G 中无电流通过。

（3）测量回路当双向开关K 换向X 一方时，用AC 2GX 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。

在保持校准后的工作电流不变的条件下，在AB 上迅速移动到C 2点，使G 中无电流通过，此时X 的电动势与AC 2间的电位降等值反向而对消，于是C 2点所标记的电位降数值即为X 的电动势。

原电池电动势的测定实验报告_实验报告_

原电池电动势的测定实验报告_实验报告_

原电池电动势的测定实验报告原电池电动势的测定实验报告1实验目的1.掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作技术2.学会几种电极和盐桥的制备方法3.学会测定原电池电动势并计算相关的电极电势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)。

可逆电池应满足如下条件:(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液接界;(3)电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，即测量时通过电池的电流应为无限小。

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，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可满足通过电池电流为无限小的条件。

电位差计测定电动势的原理称为对消法，可使测定时流过电池的电流接近无限小，从而可以准确地测定电池的电动势。

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-，则电池电动势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，规定其电极电势为零。

将标准氢电极与待测电极组成电池，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。

这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出，具体的电极电位可参考相关文献资料。

以饱和甘汞电极与铜/硫酸铜电极或锌/硫酸锌电极组成电池，测定电池的电动势，根据甘汞电极的电极电势，可推得这两个电极的电极电势。

仪器和试剂SDC-II型数字式电子电位差计，铜电极，锌电极，饱和甘汞电极，0.1 mol?L-1 CuSO4 溶液，0.1 mol?L-1 ZnSO4 溶液，饱和 KCl 溶液。

实验步骤1. 记录室温，打开SDC-II型数字式电子电位差计预热 5 分钟。