實(shí)驗(yàn)十-原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定

1、深 圳 大學(xué)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱:學(xué)院專業(yè)指導(dǎo)教師:報(bào)告人：學(xué)號(hào):班級(jí)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2012.10.12實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 教務(wù)部制/I、目的要求1、測(cè)定CuZn電池的電動(dòng)勢(shì)和Cu、Zn電極的電極電位。2、了解可逆電池，可逆電極，鹽橋等概念。3、學(xué)會(huì)一些電極的制備和處理方法。H、儀器與試劑NDM-1精密數(shù)字直流電壓測(cè)定儀，標(biāo)準(zhǔn)電池(惠斯登電池)，銅棒電極，鋅棒電極，玻璃電極管2個(gè)，飽和甘汞電極，氯化亞汞，洗耳球，小燒杯，細(xì)砂紙 ZnS04(0.100moldm-3),CuS04(0.100 moldmf3)，KCI(0.100 moldm-3),飽和KCI溶液

2、，稀硫酸、稀硝酸。皿、實(shí)驗(yàn)原理凡是能使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置都稱之為電池 (或原電池)?？赡骐姵貞?yīng)滿足如下條件：(1 )電池反應(yīng)可逆，亦即電池電極反應(yīng)可逆；(2)電池中不允許存在任何不可逆的液接界；(3) 電池必須在可逆的情況下工作，即充放電過程必須在平衡態(tài)下進(jìn)行，即測(cè)量時(shí)通過電池的電 流應(yīng)為無限小。因此在制備可逆電池、測(cè)定可逆電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)應(yīng)符合上述條件，在精確度不高的測(cè)量中，用正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類構(gòu)成“鹽橋”來消除液接電位；用電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)可 滿足通過電池電流為無限小的條件。電位差計(jì)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的原理稱為對(duì)消法，可使測(cè)定時(shí)流 過電池的電流接近無限小，從而可以準(zhǔn)確地測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)

3、?？赡骐姵氐碾妱?dòng)勢(shì)可看作正、負(fù)兩個(gè)電極的電勢(shì)之差。設(shè)正極電勢(shì)為© +，負(fù)極電勢(shì)為© -，則電池電動(dòng)勢(shì)E = © + ©-。電極電勢(shì)的絕對(duì)值無法測(cè)定，手冊(cè)上所列的電極電勢(shì)均為相對(duì)電極電勢(shì)，即以標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其電極電勢(shì)為零。將標(biāo)準(zhǔn)氫電極與待測(cè)電極組成電池，所測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)就是 待測(cè)電極的電極電勢(shì)。由于氫電極使用不便，常用另外一些易制備、電極電勢(shì)穩(wěn)定的電極作 為參比電極。常用的參比電極有甘汞電極、銀-氯化銀電極等。這些電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極比較而 得的電勢(shì)已精確測(cè)出，具體的電極電位可參考相關(guān)文獻(xiàn)資料。以飽和甘汞電極與銅/硫酸銅電極或鋅/硫酸鋅電極組成電池，測(cè)

4、定電池的電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)甘 汞電極的電極電勢(shì)，可推得這兩個(gè)電極的電極電勢(shì)。電極電勢(shì)的測(cè)定原理:原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，在電池放電反應(yīng)中，正極（右邊）起還原反應(yīng)，負(fù)極起氧化反應(yīng)。電池的電動(dòng)勢(shì)等于組成的電池的兩個(gè)電極電位的差值。即: 右 左E= =RTn還原ZF 氧化R=8.314J? mol 1 K 1RTlnZF還原氧化F=96500CW、實(shí)驗(yàn)步驟一、電極制備為參與電極反應(yīng)的物質(zhì)的活度。純固體物質(zhì)的活度為11、鋅電極：用砂紙輕輕打磨鋅電極表面上氧化層，再用稀硫酸浸洗，然后用水洗滌，再 用蒸餾水淋洗后放入玻璃電極管，管內(nèi)加入Zn S04（0.100moldm3）溶液。2、銅電極：用砂紙輕輕打

5、磨銅電極表面上氧化層，再用稀硝酸浸洗，然后用水洗滌，再 用蒸餾水淋洗后放入玻璃電極管，管內(nèi)加入CuSO4（0.100moldm-3）溶液。3、電池的組合及其電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量(重復(fù)測(cè)量3次，取平均)3-1、 Zn |ZnS%0.1000M) II CuS%0.100M) | Cu3-2、Zn |ZnS04(0.1000M) II KCl(飽和)|Hg2Cl2 | Hg3-3、Hg | Hg2Cl2 |KCl(飽和)II CuS04(0.1000M) | CuV、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)測(cè)電動(dòng)勢(shì)（V）電動(dòng)勢(shì)平均值（V）電池3-1/Zn- Cu電池1.09381.09391.09401.0939電池3-2/Z n

6、-甘汞電池1.04741.04751.04761.0475電池3-3/甘汞-Cu電池0.046730.046700.046690.0467W、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、由于使用標(biāo)準(zhǔn)氫電極不方便，實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)采用第二級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電極，用甘汞電極，參照附錄五的表V-5-24，根據(jù)甘汞電極的電極電勢(shì)溫度校正公式得實(shí)驗(yàn)溫度為24 T的電極電勢(shì)為0.2423V。2、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄可知，甘汞電極在實(shí)驗(yàn)溫度下的電極電勢(shì)為0.2423V,實(shí)驗(yàn)測(cè)得Zn-甘右*左*汞電池的電動(dòng)勢(shì)為1.0475V，則由 E= = 工可得 =0.2423V-1.0475V= 0.8052V，即鋅電極的電極電勢(shì)為0.8052V ;同理可得銅電極=0.

7、2423V 0.0467V=0.2890V。3、據(jù)附錄五的表 V-5-30，查找得 ZnSO4(0.100moldm-3)和 CuS04(0.100 moldm-3)的平均活 度系數(shù) 丫±= 0.15，由于 a (Zn+) = Y±mi，a (Cu+) = Y±m2，貝U a (Cu) =0.15， a (Zn) =0.15, 則RT 還原 In+ ( 0.0592 ln (1/Cu+) =0.3427V，同理由ZF氧化可得，銅的可得鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是0.7515V。4、由書中70頁公式可算得298K時(shí)銅電極標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為 0.3427V，鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極 電勢(shì)為

8、一0.7514V。又查文獻(xiàn)值知銅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為 0.337V，鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為 0.7628V，則銅電極的絕對(duì)誤差為(0.3427 0.337) /0.337X 100% =0.57%，鋅電極的絕對(duì) 誤差為(0.7514 0.7628)十 0.7628=1.14%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果整理如下:電極電勢(shì)(V)TK標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(V)298K標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(V)298K 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(V)文獻(xiàn)值誤差銅電極0.28900.34270.34270.3370.0057鋅電極-0.8052-0.7515-0.75140.76280.0114切、實(shí)驗(yàn)思考問題1、電位差計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電池、檢流計(jì)及工作電池各有

9、什么作用 ？如何保護(hù)及正確使用？答：電位差計(jì)用來精確測(cè)量電動(dòng)勢(shì)；工作電源為電路提供電源電壓；標(biāo)準(zhǔn)電池用以對(duì)抗待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)，使電路中無電流通過，這時(shí)測(cè)出的兩極的電勢(shì)差就等于該電池的電動(dòng)勢(shì)；檢流計(jì)是檢測(cè)微弱電量用的高靈敏度的機(jī)械式指示電表，用于電位差計(jì)中作為指零儀表。測(cè)量過程中，檢流計(jì)受到?jīng)_擊，應(yīng)迅速按下短路按鈕，保護(hù)檢流計(jì)。使用檢流計(jì)時(shí)， 按按鈕的時(shí)間要短，以防止過多的電量通過標(biāo)準(zhǔn)電池或被測(cè)電池，造成嚴(yán)重的極化現(xiàn)象， 破壞被測(cè)電池的可逆狀態(tài)。2、參比電極應(yīng)具備什么條件？它有什么功用？答：參比電極必須是電極反應(yīng)為單一的可逆反應(yīng)，電極電勢(shì)穩(wěn)定和重現(xiàn)性好。通常多用微溶鹽電極作為參比電極。參比電極應(yīng)不

10、容易發(fā)生極化；如果一旦電流過大，產(chǎn)生極化， 則斷電后其電極電勢(shì)應(yīng)能很快恢復(fù)原值； 在溫度變化時(shí)，其電極電勢(shì)滯后變化應(yīng)較小。參 比電極電極電位恒定，不隨溶液中待測(cè)離子活度或濃度變化而變化且容易制備。其主要作 用是代替標(biāo)準(zhǔn)氫電極測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)。3、若電池的極性接反了有什么后果？答：實(shí)驗(yàn)是使用對(duì)消法來測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)的， 如果接反了回路的電壓就無法回歸到零， 就無法測(cè)定待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)。4、鹽橋有什么作用？選用作鹽橋的物質(zhì)應(yīng)有什么原則？答：在兩種溶液之間插入鹽橋以代替原來的兩種溶液的直接接觸，減免和穩(wěn)定液接電位，使液接電位減至最小以致接近消除。防止試液中的有害離子擴(kuò)散到參比電極的內(nèi)鹽橋溶液 中影響其電極

11、電位。作為鹽橋使用的電解質(zhì)的要求：（1）鹽橋電解質(zhì)不能與兩端電極溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（2）鹽橋電解質(zhì)溶液中的正、負(fù)離子的遷移速率應(yīng)該極其接近；（3）鹽橋電解質(zhì)溶液的濃度通常很高，甚至達(dá)到飽和狀態(tài)。%、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1. 甘汞電極使用時(shí)應(yīng)將上面的塞子拔開。2. 注意甘汞電極的保護(hù)和輕放。3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將電壓測(cè)定儀正負(fù)接線夾短路，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本次實(shí)驗(yàn)利用電位差計(jì)，測(cè)定銅電極和鋅電極的電極電勢(shì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得銅的電極電勢(shì)0.2890V, TK標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為0.3427V, 298K標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)0.3427V,誤差為0.57%。 同理得到鋅電極的電極電勢(shì)-0.8052V，TK標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為-0.7515 V，298K標(biāo)準(zhǔn)電極電