当前位置：文档之家 › 实验十二原电池电动势的测定及应用

实验十二原电池电动势的测定及应用

  • 格式：doc
  • 大小：188.50 KB
  • 文档页数：15

实验十二原电池电动势的测定及应用Ⅰ、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．通过原电池电动势的测定求算有关热力学函数。

Ⅱ、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：式中，F为法拉弟(Farady)常数；n为电极反应式中电子的计量系数；E为电池的电动势。

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，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a H+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，这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出。

1．求难溶盐AgCl的溶度积K SP设计电池如下：Ag(s)-AgCl(s)｜HCl(0.1000mol·kg-1)‖AgNO3(0.1000mol·kg-1)｜Ag(s)银电极反应: Ag++e→Ag银－氯化银电极反应: Ag + Cl-→AgCl+e总的电池反应为: Ag++Cl-→AgCl又式（5）中n=1，在纯水中AgCl溶解度极小，所以活度积就等于溶度积。

所以：（6）代入（4）化简之有：已知a Ag+、a Cl-，测得电池动势E，即可求K SP。

2．求电池反应的Δr G m、Δr S m、Δr H m、Δr G mº分别测定“1”中电池（Ⅳ实验步骤中3电动势测定）在各个温度下的电动势，作E—T图，从曲线斜率可求得任一温度下的（〆E/〆T）p，利用公式(1)，(2)，(3)，(5)，即可求得该电池反应的Δr G m、Δr S m、Δr H m、Δr G mº。

3．求铜电极(或银电极)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：所以已知a Cu2+及Φ(饱和甘汞)，测得电动势E，即可求得Φº（Cu2+/Cu）。

对银电极可设计电池如下：Hg(l)-Hg2Cl2(s)｜KCl(饱和)‖AgNO3(0.1000mol·kg-1)｜Ag(s)银电极的反应为：Ag++e→Ag甘汞电极的反应为：2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e电池电动势：所以已知a Ag+及Φ(饱和甘汞)，测得电动势E，即可求得Φº（Ag+/Ag）。

4．测定浓差电池的电动势设计电池如下：Cu(s)｜CuSO4(0.0100mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(s)电池的电动势5.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。

Q·QH2为醌(Q)与氢醌(QH2)等摩尔混合物，在水溶液中部分分解。

它在水中溶解度很小。

将待测pH溶液用Q.QH2饱和后，再插入一只光亮Pt电极就构成了Q·QH2电极，可用它构成如下电池：Hg(l)-Hg2Cl2(s)｜饱和KCl溶液‖由Q.QH2饱和的待测pH溶液(H+)｜Pt(s)Q.QH2电极反应为：Q+2H++2e→QH2因为在稀溶液中a H+=c H+，所以：可见，Q·QH2电极的作用相当于一个氢电极，电池的电动势为：已知φ°Q·QH2及φ(饱和甘汞)，测得电动势E，即可求pH。

由于Q·QH2易在碱性液中氧化，待测液之pH值不超过8.5。

Ⅲ、仪器药品1．仪器UJ34A直流电位差计1台（内附检流计、工作电源）、标准电池1只、银电极2只、铜电极2只、铂电极2只、饱和甘汞电极1只、锌电极1只、恒温夹套烧杯2只、盐桥数只、超级恒温槽1台、精密稳压电源（或恒电位仪）1台、毫安表1只、滑线电阻1只、导线等。

2．药品HCl(0.1000mol·kg-1)、AgNO3(0.1000mol·kg-1)、CuSO4(0.1000mol·kg-1)、CuSO4(0.0100mol·kg-1)、ZnSO4(0.100mol·kg-1)、镀银溶液、镀铜溶液、未知pH溶液、HCl(1mol·dm-3)、稀HNO3溶液(1∶3)、稀H2SO4溶液、Hg2(NO3)2饱和溶液、KNO3饱和溶液、KCl饱和溶液、琼脂(C.P.)、醌氢醌(固体)。

Ⅳ、实验步骤1．电极的制备（1）银电极的制备将欲镀之银电极两只用细砂纸轻轻打磨至露出新鲜的金属光泽，再用蒸馏水洗净。

将欲用的两只Pt电极浸入稀硝酸溶液片刻，取出用蒸馏水洗净。

将洗净的电极分别插入盛有镀银液(镀液组成为100mL水中加1.5g硝酸银和1.5g氰化钠)的小瓶中，按右图接好线路，并将两个小瓶串联，控制电流为0.3mA，镀1h，得白色紧密的镀银电极两只。

（2）Ag-AgCl电极制备将上面制成的一支银电极用蒸馏水洗净，作为正极，以Pt电极作负极，在约1mol·dm-3的HCl溶液中电镀，线路同上图。

控制电流为2mA左右，镀30min，可得呈紫褐色的Ag-AgCl 电极，该电极不用时应保存在KCl溶液中，贮藏于暗处。

（3）铜电极的制备将铜电极在1∶3的稀硝酸中浸泡片刻，取出洗净，作为负极，以另一铜板作正极在镀铜液中电镀(镀铜液组成为:每升中含125gCuSO4·5H2O，25gH2SO4，50mL乙醇)。

线路同上图。

控制电流为20mA，电镀20min得表面呈红色的Cu电极，洗净后放入0.1000mol·kg-1CuSO4中备用。

（4）锌电极的制备将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻，取出洗净，浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约10s，表面上即生成一层光亮的汞齐，用水冲洗晾干后，插入0.1000mol·kg-1ZnSO4中待用。

2．盐桥制备（1）简易法用滴管将饱和KNO3(或NH4NO3)溶液注入Ｕ型管中，加满后用捻紧的滤纸塞紧Ｕ型管两端即可，管中不能存有气泡。

（2）凝胶法称取琼脂1g放入50mL饱和KNO3溶液中，浸泡片刻，再缓慢加热至沸腾，待琼脂全部溶解后稍冷，将洗净之盐桥管插入琼脂溶液中，从管的上口将溶液吸满(管中不能有气泡)，保持此充满状态冷却到室温，即凝固成冻胶固定在管内。

取出擦净备用。

3．电动势的测定（1）按有关电位差计附录，接好测量电路。

（2）据有关标准电池的附录中提供的公式，计算室温下的标准电池的电动势。

（3）据有关电位差计附录提供的方法，标定电位差计的工作电流。

（4）分别测定下列六个原电池的电动势。

①Zn(s)｜ZnSO4(0.1000mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(s)②Hg(l)-Hg2Cl2(s)｜饱和KCl溶液‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(s)③Hg(l)-Hg2Cl2(s)｜饱和KCl溶液‖AgNO3(0.1000mol·kg-1)｜Ag(s)④浓差电池Cu(s)｜CuSO4(0.0100mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(s)⑤Hg(l)-Hg2Cl2(s)｜饱和KCl溶液‖饱和Q.QH2的pH未知液｜Pt(s)⑥Ag(s)-AgCl(s)｜HCl(0.1000mol·kg-1)‖AgNO3(0.1000mol·kg-1)｜Ag(s)原电池的构成如右图所示：测量时应在夹套中通入25℃恒温水。

为了保证所测电池电动势的正确，必须严格遵守电位差计的正确使用方法。

当数值稳定在±0.1mV之内时即可认为电池已达到平衡。

对第六个电池还应测定不同温度下的电动势，此时可调节恒温槽温度在15℃～50℃之间，每隔5℃～10℃测定一次电动势。

方法同上，每改变一次温度，须待热平衡后才能测定。

Ⅵ、注意事项制备电极时，防止将正负极接错，并严格控制电镀电流。

其它……Ⅶ、数据处理1．计算时遇到电极电位公式(式中t为℃)如下：φ(饱和甘汞)=0.24240-7.6×10-4(t-25)φ°Q.QH2=0.6994-7.4×10-4(t-25)φ°AgCl=0.2224-6.45×10-4(t-25)2．计算时有关电解质的离子平均活度系数γ±(25℃)如下：0.1000mol·kg-1AgNO3 γAg+=γ±=0.7340.1000mol·kg-1CuSO4 γCu2+=γ±=0.160.0100mol·kg-1CuSO4 γCu2+=γ±=0.400.1000mol·kg-1ZnSO4 γZn2+=γ±=0.15t(℃)时0.1000mol·kg-1HCl的γ±可按下式计算：-lgγ±= -lg0.8027+1.620×10-4t+3.13×10-7t23．由测得的六个原电池的电动势进行以下计算：（1）由原电池①和④获得其电动势值。

（2）由原电池②和③计算铜电极和银电极的标准电极电势。

（3）由原电池⑤计算未知溶液的pH。

（4）由原电池⑥计算AgCl的K SP。

（5）将所得第六个电池的电动势与热力学温度T作图，并由图上的曲线求取20℃、25℃、30℃三个温度下的E和（〆E/〆T）p的值，再分别计算对应的Δr G m、Δr S m、Δr H m和Δr G m°4．将计算结果与文献值比较。

Ⅷ、思考问题1．电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用?如何保护及正确使用?2．参比电极应具备什么条件?它有什么功用?3．若电池的极性接反了有什么后果?4．盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则?附：UJ34A型直流电位差计的使用一、UJ34A型直流电位差计的用途本型可用于厂矿、企业、科研、学校等单位作精密测量直流电动势之用，也可用来间接测量电流、电阻、pH值、压力等电量、非电量，为理想的测量仪器。

合集下载

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

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

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与应用

原电池电动势的测定与应用

原电池电动势的测定与应用一、【实验目的】1)掌握电位差计的测量原理和测量原电池电动势的测定方法；2）加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解；2)测定电池（1）及电池（2）的电动势；3)了解可逆电池电动势测定的应用；二、【实验原理】1.用对消法测定原电池电动势：原电池电动势不能能用伏特计直接测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生生极化，结果使电极偏离平衡状态。

另外，电池本身有内阻，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压。

而测量可逆电池的电动势，只能在无电流通过电池的情况下迚行，因此，采用对消法。

对消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势。

本实验使用的电动势测量仪器是SDC型数字电位差计，它是利用对消法原理设计的。

2.电池电动势测定原理：在电池中，电极都具有一定的电极电势。

当电池处于平衡时，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、负电极的电动势之差，即 E=Φ+-Φ-式中，E是原电池的电动势；Φ+、Φ-代表正、负的电极电势。

电池（1）Hg | Hg2Cl2(s) | KCl( 饱和 ) | | AgNO3 (0.02 mol/L) | Ag负极反应：Hg+Cl-（饱和）→0.5Hg2Cl2+e-正极反应：Ag++e-→Ag根据电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位：其中φAg/Ag+ =0.799-0.00097（t-25）又因AgNO3浓度很稀αAg+≈[Ag+]=0.02负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值，故其电极电位只与温度有关，其关系式：φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t – 25)而电池电动势 E=φ+ - φ -；可以算出该电池电动势的理论值。

与测定值比较即可。

3.电动势测定的应用：电池（2）Hg|Hg2Cl2(s)|KCl( 饱和 )||H+Q·Q H2|Pt醌氢醌是一种暗褐色晶体，在水中的溶解度很小，在水溶液中依下式部分溶解。

原电池电动势的测定及其应用

原电池电动势的测定及其应用

实验报告Array课程名称：生物大学化学实验P 指导老师：成绩：__________________实验名称：原电池电动势的测定及其应用实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、实验材料与试剂（必填）四、实验器材与仪器（必填）五、操作方法和实验步骤（必填）六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析（必填）八、讨论、心得一、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、检流计与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）补偿法测量电动势原理采用补偿法测定原电池电动势，其原理为：严格控制电流在接近于零的情况下来决定电池的电动势，为此，可用一个方向相反但数值相同的电动势，对抗待测电池的电动势，使电路中无电流通过，这时测出的两极的电势差就等于该电池的电动势E。

（2）电动势与热力学函数的关系测定某一原电池在不同温度下的电动势E，即可求得电动势的温度系数(∂E/∂T)p,由E和(∂E/∂T)p并结合式（2.50）~式（2.52），可计算电池反应的∆r G m、∆r S m和∆r H m。

∆r G m=-zFE （2.50）∆r S m=zF(∂E/∂T)p （2.51）∆r H m=∆r G m+T∆r S m （2.52）式中：z为反应的电荷数；F为法拉第常量。

三、实验仪器与试剂仪器：UJ-25型电位差计1台；检流计1台；惠斯登标准电池1只；1.5V干电池两节；饱和甘汞电极1支；银-氯化银电极1支；100mL容量瓶5只；50mL酸式滴定管1支；洗瓶1只；恒温槽1套；饱和KNO 3盐桥试剂：0.200mol·L ˉ¹KC l 溶液四、操作方法和实验步骤电极制备和盐桥的制备。

实验室预先制成。

（1）配置溶液。

用滴定管和容量瓶。