第5届全国大学生化学实验邀请赛 实验C2 电动势法测定化学反应的热力学函数

电动势法测定化学反应的ΔrGm,ΔrHm,ΔrSm实验日期：20 年月日姓名：学号：班级：一、实验目的（一）学习电动势的测量方法。

（二）掌握用电动势法测定化学反应热力学函数值的原理和方法。

二、原理及实验公式在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应的∆r G m与电动势的关系如下式中n为电池反应得失电子数，E为电池的电动势，F为法拉第常数。

根据吉布斯-亥姆霍兹（Gibbs-He1mho1tz）公式又由上面二式得将式C13.1代入式C13.4得式中称为电池电动势的温度系数。

将式C13.5代入式C13.3，变换后可得因此，在恒定压力下，测得不同温度时可逆电池的电动势，以电动势E对温度T作图，从曲线上可以求任一温度下的，用公式C13.5计算电池反应的热力学函数∆r S m、用公式C13.6计算∆r H m、用公式C13.3计算∆r G m。

本实验测定下面反应的热力学函数C6H4O2＋2HCl＋2Hg ＝Hg2Cl2＋C6H4(OH)2醌(Q) 对苯二酚用饱和甘汞电极与醌氢醌电极将上述化学反应组成电池：Hg（l）⎪Hg2Cl2（s）⎪KCl（饱和）⎪⎪ H+ ,C6H4(OH)2 ,C6H4O2⎪ Pt 醌氢醌是等分子的醌（Q）和氢醌（H2Q对苯二酚）所形成的化合物，在水中依下式分解C6H4O2·C6H4(OH)2＝C6H4O2（醌）+ C6H4(OH)2（氢醌）醌氢醌在水中溶解度很小，加少许即可达饱和，在此溶液中插入一光亮铂电极即组成醌氢醌电极。

再插入甘汞电极，即组成电池。

电池中电极反应为2Hg＋2Cl-－2e-＝Hg2Cl2C6H4O2＋2H+＋2e-＝C6H4(OH)2测得该电池电动势的温度系数，便可计算电池反应的∆r G m、∆r H m、∆r S m三、实验步骤（一）熟悉所有实验仪器的用法；（二）启动恒温槽，调节温度至23℃后通恒温水过双层三口瓶；（三）组合电池；①量取15mL 0.2mol/L 的Na2HPO4溶液；②量取35mL 0.2mol/L 的柠檬酸溶液；③将①、②倒入一只洁净干燥的烧杯中搅拌均匀；④在烧杯中溶液中加入醌氢醌至饱和（分多次加入，边加入边搅拌，总量约60mg）；⑤充分搅拌所得溶液，将溶液倒入双层三口瓶，插入铂电极和甘汞电极，组成电池系统。

C13 电动势法测定化学反应的∆r G m , ∆r H m , ∆r S m姓名：马玉仁 学号：1120122488 班级：10011202一、实验目的及要求(1)学习电动势的测量方法;(2)掌握用电动势法测定化学反应热力学函数值的原理和方法。

二、实验原理在恒温、恒压、可逆条件下, 电池反应的∆r G m 与电动势的关系如下：∆r G m = -nFE （C13.1）式中n 为电池反应得失电子数；E 为电池的电动势；F 为法拉第常数。

由吉布斯—亥姆霍兹公式p mr m r m r ）（TG T H G ∂∆∂+∆=∆ （C13.2） 又 ∆r G m =∆r H m - T ∆r S m （C13.3）由上面三式得：p mr m r TG -S ）（∂∆∂=∆ （C13.4） 将式C13.1代入式C13.4得：p m r nF S ）（TE∂∂=∆ （C13.5） 式中P TE）（∂∂称为电池电动势的温度系数。

将式C13.5代入式C13.3变换后可得： p m r m r m r )TEnTF(-nEF S T G H ∂∂+=∆+∆=∆ （C13.6）因此，在恒定压力下，测得不同温度时可你电池的电动势，以电动势E 对温度T 作图，从曲线上可以求任一温度下的P TE）（∂∂,用公式C13.5计算电池反应的热力学函数∆r S m 、用公式C13.6计算∆r H m 、用公式C13.3计算∆r G m 。

本实验测定下面反应的热力学函数：C 6H 4O 2+2HCl+2Hg=Hg 2Cl 2+C 6H 4(OH)2醌（Q ） 对苯二酚用饱和甘汞电极与醌氢醌电极将上述化学反应组成电池：Hg （l ）|Hg 2Cl 2（s ）|KCl （饱和）||H +，C 6H 4(OH)2，C 6H 4O 2|Pt电池中电极反应为：2Hg+2Cl --2e -=Hg 2Cl 2C 6H 4O 2+2H ++2e -=C 6H 4(OH)2测得该电池电动势的温度系数，便可计算电池反应的 ∆r G m 、 ∆r H m 、 ∆r S m 。

电动势法测‎定化学反应‎的热力学函‎数变化值一. 实验目的1. 测定可逆电‎池不同温度‎电动势，从而计算有‎关化学反应‎吉布斯自由‎能变、熵变和焓变‎。

2. 掌握电动势‎法测化学反‎应热力学函‎数变化值原‎理和方法。

3. 掌握电位差‎计的使用方‎法。

二. 实验原理1. 电动势与热‎力学函数关‎系：△G =﹣nEF△S=pP T T E E nF T E nF S ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--≈⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∆1222 △G =△H +T △S 2. 电池及有关‎反应电池A ‎g (s),AgCl(s)|KCl(饱和)|Hg2Cl ‎2(s),Hg(l) 反应：负极Ag + Cl - → AgCl + e -正极1/2Hg2C ‎l 2+ e - → Hg + Cl -电池反应A ‎g + 1/2Hg2C ‎l 2 → AgCl + Hg根据电池反‎应能斯特方‎程θθθϕϕϕϕA gCl A g,-==-=-+甘汞E E ，据此，电池反应与‎浓度无关。

三. 实验仪器及‎试剂电势差计及‎附件： 1套 超级恒温槽‎： 1台银—氯化银电极‎： 1只 烧杯（50ml ）： 2个饱和甘汞电‎极： 1只 Pt 电极 1只饱和氯化钾‎溶液 0.1mol ·dm -3盐酸溶液‎去离子水四. 操作步骤1. Ag(s),AgCl(s)电极制备：保证银电极‎表面纯洁前‎提下，用Pt 电极‎和银电极组‎成电解池，银电极与电‎源正极相连‎。

控制电流每‎分钟2～4mA ，阳极氧化约‎20min ‎，使银表面形‎成紫褐色镀‎层。

2. 电池的组合‎：将银—氯化银电极‎、饱和甘汞电‎极插入装有‎饱和氯化钾‎溶液的小烧‎杯中，即得下列电‎池。

A g(s),AgCl(s)|KCl(饱和)|Hg2Cl ‎2(s),Hg(l)3. 电池电动势‎的测量1) 电位差计接‎通线路、电源，根据温度确‎定标准电池‎电动势。

2) 根据标准电‎池电动势调‎整工作电流‎。

实验十一 电动势法测定化学反应的热力学函数的改变量一、实验目的1、掌握用对消法测电池电动势的测量原理与方法。

2、掌握UJ —25型电位差计的使用方法。

3、掌握电动势法测定化学反应热力学函数改变量的有关原理与方法。

二、实验原理可逆化学反应： 221()()()()2A g s H g C l s A gC l s H g l +=+ 热力学函数的改变量ΔG 、ΔH 、ΔS 等的可通过测定可逆电池的电动势方法求得：即将上述反应设计成下列可逆电池：)()()()()(22l Hg s Cl Hg KCl s AgCl s Ag --饱和；该电池在等温、等压、可逆的条件下工作时的电动势为E 。

则 nFE G -=∆ n 为反应得失电子的物质的量，F 为法拉第常数。

由热力学可知：S T H G ∆-∆=∆ PP T E nF T G S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∆∂-=∆ P E H nFE TnF T ∂⎛⎫∆=-+ ⎪∂⎝⎭ 式中PT E ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂称为电池的温度系数。

可见只要测出电池的电动势E X 和电池温度系数PT E ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂即可。

电池电动势的测定不能直接用伏特计去测量，伏特计所测的则是端电压，而不是电动势， 应采用对消法，要求回路中没有电流通过。

原理如下图所示：E XE NE X 待测电池； E N 标准电池； B 工作电池； ○检流计——检测回路中有无电流通过。

回路①——标准回路；回路②——工作回路； 回路③——测量回路；第一步：先将开关合到N 的位置，调节r 使○为零。

N N R I E ⋅= ；N N R E I = 。

第二步：开关合到X 位置，调节R 使○为零。

X N N X X R R E R I E =⋅=三、仪器与药品1、UJ —25型电位差计 １台 6、甲电池 2个2、AC 15/2直流复射式检流计 1台 7、滴管 １个3、甘汞电极、银—氯化银电极 各１支 8、50mL 烧杯（KCl ） 1个4、标准电池 １个 9、饱和KCl 溶液(公用)5、501—SP 超级恒温槽 1台四、实验步骤1．恒温槽调到25℃并检查甘汞电极、银—氯化银电极是否符合使用要求。

化学反应热力学函数的测定电动势法
电动势法是测定化学反应热力学函数的常用方法之一，它可以用来研究化学反应的活性、反应速率和热力学参数，是热力学研究的重要手段。

电动势法是用电迫动电位及其变化来测定化学反应热力学参数的一种方法。

在电极系统中，处于不同电位(电位等级)的物质之间存在一定的反应活性，研究这一活性能够反映反应的
动力学特征。

电动势法运用物理学和化学的原理，利用电解质反应的半电位的测定来求取热力学参数的。

步骤如下：① 收敛全溶液，在电位器上布置反应电极，建立一定的溶液系统；② 对不同电位的物质反应，监测原来的及其他的物质的电流，从而找出电极反应所释放的热量；③ 根据反应热量的变化，测定活性、反应速率及热力学参数。

电动势法能够实现最可靠、准确的化学反应热力学函数的测定，建立化学反应的数学公式，对热力学研究提供了有力的帮助，为化学研究提供了重要的材料。

电动势法的使用范围广泛，应用领域涉及金属冶炼、无机精制、电子器件等，在科学研究、生产技术开发及产品质量分析中都具有不可替代的地位，是研究化学反应热力学函数的重
要手段。

实验四十七电化学方法测定化学反应的热力学函数变化值1目的要求（1）掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法。

（2）根据可逆热力学体系的要求，设计可逆电化学体系并测定可逆电池在不同温度下的电动势值。

（3）计算电池反应的热力学函数△G 、△H 和△S 。

2实验原理测定可逆电池的电动势在物理化学实验中占有重要的地位，应用十分广泛。

如平衡常数、活度系数、解离常数、溶解度、络合常数、溶液中离子的活度以及某些热力学函数的改变量等，均可通过电池电动势的测定来求得。

本实验通过测定不同温度下电池的电动势，求算化学反应的热力学函数变化值。

电池的电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计相接后，便成了通路，有电流通过，发生化学变化、电极被极化、溶液浓度改变、电池电势不能保持稳定。

且电池本身有内阻，伏特计所量得的电位降不等于电池的电动势。

利用对消法（又叫补偿法）可是我们在电池无电流（或极小电流）通过时，测得其二级的静态电势，这时的电位降即为该电池的平衡电势，此时电池反应是在接近可逆条件下进行的。

因此，对消法测电池电势的过程是一个趋近可逆过程的例子。

如果原电池内进行的化学反应是可逆的，且电池在可逆条件下工作，则此电池反应在定温定压下的吉氏函数变化G ∆和电池的电动势E 有以下关系式：nEFG -=∆（4.47.1）从热力学可知：ST H G ∆-∆=∆（4.47.2）PP T E nF T G S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∆∂-=∆（4.47.3）将（4.47.3）式代入（4.47.2）式，进行变换后可得：PT E nFT G H ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∆=∆（4.47.4）在定压下（通常是latm ）测定一定温度时的电池电动势，即可根据(4.47.1)是求得该温度下电池反应的G ∆。

从不同温度时的电池电动势值可求出PT E ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂，根据（4.47.3）式可求出该电池反应的S ∆，根据（4.47.4）式可求出H ∆。

电动势法测定化学反应的热力学函数的改变量一、实验目的1、掌握用对消法测电池电动势的测量原理与方法。

2、掌握UJ —25型电位差计的使用方法。

3、掌握电动势法测定化学反应热力学函数改变量的有关原理与方法。

二、实验原理可逆化学反应： 221()()()()2Ag s Hg Cl s AgCl s Hg l +=+ 热力学函数的改变量ΔG 、 ΔH 、ΔS 等的可通过测定可逆电池的电动势方法求的：即将上述反应设计成下列可逆电池：)()()()()(22l Hg s Cl Hg KCl s AgCl s Ag --饱和；该电池在等温、等压、可逆的条件下工作时的电动势为E 。

则 nFE G -=∆ n 为反应得失电子的物质的量，F 为法拉第常数。

由热力学可知：S T H G ∆-∆=∆ PP T E nF T G S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∆∂-=∆ P E H nFE TnF T ∂⎛⎫∆=-+ ⎪∂⎝⎭ 式中PT E ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂称为电池的温度系数。

可见只要测出电池的电动势E X 和电池温度系数PT E ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂即可。

电池电动势的测定不能直接用伏特计去测量，伏特计所测的则是端电压，而不是电动势， 应采用对消法，要求回路中没有电流通过。

原理如下图所示：E X E NE X 待测电池； E N 标准电池； B 工作电池； ○检流计——检测回路中有无电流通过。

回路①——标准回路；回路②——工作回路； 回路③——测量回路；第一步：先将开关合到N 的位置，调节r 使○为零。

N N R I E ⋅= ；NN R E I = 。

第二步：开关合到X 位置，调节R 使○为零。

X NN X X R R E R I E =⋅=三、仪器与药品1、UJ —25型电位差计 １台 6、甲电池 2个2、AC 15/2直流复射式检流计 1台 7、滴管 １个3、甘汞电极、银—氯化银电极 各１支 8、50mL 烧杯（KCl ） 1个4、标准电池 １个 9、饱和KCl 溶液(公用)5、501—SP 超级恒温槽 1台四、实验步骤1．恒温槽调到25℃并检查甘汞电极、银—氯化银电极是否符合使用要求。