第7章 第2节 原电池及电动势

原电池电动势的测定概述原电池电动势的测定是电化学实验中的一项重要内容。

电池电动势是指电池在断路条件下产生的电势差，是衡量电池内部化学反应的能力的一个重要指标。

通过测定电池的电动势，可以评估电池的性能并进行比较。

本文将介绍两种常用的方法测定原电池电动势，分别是基于伽利略原理的开路电动势测定方法和基于极限电流的极化电流法。

同时，还将介绍测定过程中需要注意的事项和可能发生的误差。

方法一：开路电动势测定方法开路电动势测定方法是一种基于伽利略原理的测定电池电动势的方法。

其原理是通过测量电池的内阻和电路中的电流来求得电动势。

实验步骤1.准备好所需实验材料，包括原电池、导线、电阻、电流表和电压表等。

2.按照电路连接图将电路搭建起来，确保连接正确。

3.在电路的输入端接入一个合适的电阻，以限制电流的大小。

4.接通电路，记录下电流表和电压表的测量值。

5.根据伽利略原理的公式，计算出电池的开路电动势。

注意事项•在搭建电路时，要确保电路连接正常，避免接错导线或接触不良。

•选择适当的电阻，以保证电流在一定范围内，既能保证电动势的准确测量，又能保护实验设备的安全。

可能存在的误差•电路接触不良会导致电流和电压的测量不准确。

•电池的内阻可能会影响电路中电流的流动，从而影响测量结果。

•温度的变化会对电池的电动势产生影响，因此在实验过程中要注意温度的变化。

方法二：极化电流法极化电流法是一种基于极限电流的测定电池电动势的方法。

其原理是通过测量电池在极限电流下的电压来求得电动势。

实验步骤1.准备好所需实验材料，包括原电池、导线、电阻、电流表和电压表等。

2.按照电路连接图将电路搭建起来，确保连接正确。

3.在电路的输出端接入一个合适的电阻，以限制电流的大小。

4.测量电流表和电压表的测量值，并记录下来。

5.根据极限电流的公式，计算出电池的电动势。

注意事项•在搭建电路时，要确保电路连接正常，避免接错导线或接触不良。

•选择适当的电阻，以保证电流在一定范围内，既能保证电动势的准确测量，又能保护实验设备的安全。

第七章电极电势知识点一、解释并记忆1.氧化数（又称氧化值）：是某元素一个原子的荷电数，该荷电数（即原子所带的净电荷数）的确定是把成键电子指定给电负性较大的原子而求得。

2.氧化反应：失去电子使元素氧化数升高的过程叫氧化反应。

3.还原反应：得到电子使元素氧化数降低的过程叫还原反应。

4.氧化还原电对：在氧化还原反应中，氧化剂与它的还原产物、还原剂与它的氧化产物组成的体系，称为氧化还原电对，简称电对。

5.氧化型物质：在氧化还原电对中，氧化数较高的物质称为氧化型物质。

6.还原型物质：7.氧化还原半反应：电对物质间的共轭关系式又称氧化还原半反应。

9.原电池：借助于氧化还原反应产生电流的装置称为原电池。

10．电动势（符号E）：是指正、负极之间没有电流通过时的电极电势差。

11.电极的标准状态：通常将温度为298K，组成电极的各离子浓度为1mol/L，各气体压力为100kPa 时的状态，称为电极的标准状态(用上标“θ”表示)二、简答题1.简述确定氧化数的规则。

答：确定氧化数的规则有：1）单质中元素的氧化数为零。

2）氢在化合物中的氧化数一般为＋1；在二元金属氢化物中氢的氧化数为－1。

3）氧在化合物中的氧化数一般为－2；在过氧化物中的氧化数为－1；在氟氧键中氧的氧化数为＋2，如OF2中。

4）简单离子的氧化数等于该离子的电荷数。

5）共价化合物中元素的氧化数等于原子在化合态时的“形式电荷”数。

6）在中性分子中，各元素氧化数的代数和为零；复杂离子（即多原子离子）所带的电荷数等于各元素氧化数的代数和。

2.简述氧化数法配平氧化还原反应方程式的原则。

答：（1）得失电子守恒，即氧化剂中元素氧化数降低的总数等于还原剂中元素氧化数升高的总数。

（2）质量守恒定律，即方程式两边各元素的原子或离子总数相等。

3.应用能斯特方程时需注意哪些事项？答：应注意：1)计算前，首先配平电极反应式。

2)组成电极的物质中若有纯固体、纯液体(包括水)则不必代人方程中；若为气体则用分压表示(气体分压代人公式时，应除以标准态压力100kPa)。

第七章电化学7.1电极过程、电解质溶液及法拉第定律原电池：化学能转化为电能（当与外部导体接通时，电极上的反应会自发进行，化学能转化为电能，又称化学电源）电解池：电能转化为化学能(外电势大于分解电压，非自发反应强制进行）共同特点：（1)溶液内部:离子定向移动导电(2)电极与电解质界面进行的得失电子的反应----电极反应（两个电极反应之和为总的化学反应，原电池称为电池反应，电解池称为电解反应）不同点：（1）原电池中电子在外电路中流动的方向是从阳极到阴极，而电流的方向则是从阴极到阳极，所以阴极的电势高，阳极的电势低，阴极是正极，阳极是负极；（2）在电解池中，电子从外电源的负极流向电解池的阴极，而电流则从外电源的正极流向电解池的阳极，再通过溶液流到阴极，所以电解池中，阳极的电势高，阴极的电势低，故阳极为正极，阴极为负极。

不过在溶液内部阳离子总是向阴极移动，而阴离子则向阳极移动。

两种导体：第一类导体（又称金属导体，如金属，石墨）；第二类导体（又称离子导体，如电解质溶液，熔融电解质）法拉第定律:描述通过电极的电量与发生电极反应的物质的量之间的关系=Fn=FzQξ电F -- 法拉第常数; F = Le =96485.309 C/mol = 96500C/molQ --通过电极的电量；z -- 电极反应的电荷数（即转移电子数），取正值；ξ--电极反应的反应进度；结论： 通过电极的电量，正比于电极反应的反应进度与电极反应电荷数的乘积，比例系数为法拉第常数。

依据法拉第定律，人们可以通过测定电极反应的反应物或产物的物质的量的变化来计算电路中通过的电量。

相应的测量装置称为电量计或库仑计coulometer,通常有银库仑计和铜库仑计 。

7.2 离子的迁移数1. 离子迁移数:电解质溶液中每一种离子所传输的电量在通过的总电量中所占的百分数，用 tB 表示1=∑±=-++t 或显然有1:t t离子的迁移数主要取决于溶液中离子的运动速度，与离子的价数无关，但离子的运动速度会受到温度、浓度等因素影响。

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。

第七章 可逆电池的电动势及其应用教学目的：通过本章学习能熟练掌握可逆电池的热力学，能熟练、正确地写出所给电池的电极反应和电池反应并能计算电动势。

教学要求：明确电动势与m r G ∆的关系。

熟悉标准电极电势表的应用。

对于所给的电池能熟练、正确地写出电极反应和电池反应并能计算电动势。

明确温度对电动势的影响及了解m r H ∆和m r S ∆的计算。

了解电动势产生的机理及电动势测定法的一些应用。

教学重点和难点电动势和能斯特方程式，用电化学法测定并计算热力学函数平衡常数。

教学方法：讲授法和讨论法相结合，双边交流教学用具：多媒体教学内容：第一节 可逆电池和可逆电极应用热力学原理来研究电池，必须首先区别电池反应是可逆过程还是不可逆过程。

当电池的反应是可逆过程时，热力学原理才能应用于研究电池的问题。

一、可逆电池和不可逆电池根据力学可逆过程的定义，可逆电池必须满足下面两个条件。

1．电极上的化学反应可以向正反两个方向进行，对应的放电反应与充电反应必须互为逆反应。

E>E 外时作为原电池，发生的是放电反应;E<E 外时作为电解池，发生的是充电反应2．可逆电池在放电或充电时所通过的电流必须无限小，以使电池在接近平衡状态下工作。

此时，若作为原电池它能做出最大有用功，若作为电解池它消耗的电能最小。

换言之，如果设想能把电池放电时所放出的能量全部储存起来，则用这些能量充电，就恰好可以使体系和环境均恢复原状。

3.电池中没有不可逆的液体接界存在。

只有同时满足上述三个条件的电池才是可逆电池，即可逆电池在充电和放电时不仅物质转变是可逆的（即总反应可逆），而且能量的转变也是可逆的（即电极上的正、反向反应是在平衡状态下进行的）。

若不能同时满足上述两个条件的电池均是不可逆电池。

不可逆电池两电极之间的电势差E ′将随具体工作条件而变化，且恒小于该电池的电动势，此时△G T, p ＜－nFE ′。

研究可逆电池十分重要，因为从热力学来看，可逆电池所作的最大有用功是化学能转变为电能的最高极限，这就为我们改善电池性能提供了一个理伦依据，另一方面在研究可逆电池电动势的同时，也为解决热力学问题提供了电化学的手段和方法。

原电池电动势的测定电动势是电池的重要参数，它表示电池内部反应的驱动力。

测定电池的电动势可以帮助我们了解电池的性能与状态。

下面，本文将介绍电动势的测定方法。

一、理论背景1.1 电动势的概念电动势指的是电源或电池内部产生电场力的驱动力，并不等于电流强度。

电动势的单位为伏特（V）。

电池的电动势可以通过一下公式表示：e = Ecell - I*r其中，e表示电池的电动势，Ecell表示电池的静电电势，I表示电流强度，r表示电阻。

1.3 受到内部与外部因素的影响电池的电动势受到许多因素的影响，如电池的容量、温度、电解液、电极材料、使用时间等。

另外，外部因素如外界温度、压力、化学物质等也会影响电动势的稳定性。

二、实验仪器与材料仪器：标准电池、万用表、滑动变阻器、电源、导线、千分表。

材料：鳄鱼夹三、实验过程3.1 实验前准备将电源接通，先对万用表和滑动变阻器进行自测，试查看万用表和滑动变阻器是否正常。

将导线和鳄鱼夹接好，放在电源的电极端面。

3.2 实验步骤（1）将标准电池的正极和待测电池的负极接好，然后将待测电池的正极与滑动变阻器的中间端口相连。

（2）依次改变滑动变阻器的阻值，不断记录下读数。

如表1，数据记录如下：表1 测量数据滑动变阻器阻值/Ω 电动势大小1 1.05 V2 1.03 V3 1.01 V4 0.99 V5 0.97 V6 0.95 V7 0.93 V8 0.91 V9 0.89 V10 0.87 V（3）测量标准电池的电动势与待测电池的电动势，这两个数值的差值即为待测电池电动势的大小。

实验数据如下：标准电池电动势： 1.019V3.3 实验注意事项（1）如果滑动变阻器的接线不正确会影响测量结果，因此需要仔细检查。

（2）在调节滑动变阻器时需要缓慢转动，以小步长的方式移动到下一个阻值。

（3）除非特别需要，通常可以选择一个比标准电池电动势稍大的电流强度，否则可能会导致电池真实电动势的下降。

（4）测量结束后，需要关闭电源和万用表、滑动变阻器等仪器。