電極制備及電池電動勢的測定

1、電極制備及電池電動勢的測定一. 實驗目的：1. 學會銅電極、鋅電極的制備和處理方法。2. 掌握電勢差計的測量原理和測定電池電動勢的方法。3. 加深對原電池、電極電勢等概念的理解。二. 實驗原理：1. 電池電動勢不能用伏特計直接測量。因為當伏特計與電池接通后，由于存在電流I ,使電動勢值發(fā)生變化； 另一方面，由于電池本身存在內電阻，所以伏特計所量出的只是兩極的電勢降，而不是電池的電動勢。只有在沒有電流通過時的電勢降才是電池真正的電動勢。®=I （ R 內+R 外）伏特計測量：U=IR外U/ ； = R 外 /（ R 內 + R 外）當 R外一 ,|_.O, U/ ； ： 1 , U :

2、-；電勢差計就是利用對消法原理進行電勢差測量的儀器，即能在電池無電流（或極小電流）通過時測得其兩極的電勢差，這時的電勢差就是電池的電動勢。2. 電勢差計的測量原理：電勢差計的示意圖如圖所示：當轉換開關K合至1,調節(jié)r，使檢流計G中無電流通過，此時標準電池En和標準電池的補償電阻 忌兩端的電勢分別相等，此時有下列關系：En = |R n式中I為工作電流。當轉換開關K合至2，調節(jié)滑線電阻 A,再次使檢流計 G指示為零，此時在可調電阻R上的電阻值設為 FK,則有：Ex = IR k式中I仍為前面所調的工作電流值，因此有：Be = E N Rk/Rn即當標準電池電動勢 En和標準電池電動勢的補償電阻F

3、N的數值確定時，只要正確讀出Rk的值，就能正確測出未知電動勢Ex。三實驗裝置圖:四實驗步驟：1電極和鹽橋制備(1) 鋅電極：先用稀硫酸洗凈鋅電極表面的氧化物，再用蒸餾水淋洗，然后用0.1M的ZnSQ溶液淋洗，放入 0.1M的ZnSQ溶液中，即制成了鋅電極。(2) 銅電極：由于銅較鋅不活潑，所以先用稀硝酸洗凈銅電極表面的氧化物，再用蒸 餾水淋洗，然后把它作為陰極，另取一塊純銅片作為陽極，在鍍銅溶液(配制方法見試劑)內進行電鍍，電鍍時，電流密度控制在25mA- cm-2左右，電鍍時間2030分鐘，使銅電極表面有一層均勻的新鮮銅。電鍍完成后，取出銅電極，用蒸餾水沖洗后，再用0.1M的CuSQ溶液淋洗

4、，最后放入 0.1M的CuSQ溶液中，即制成了銅電極。(3) 鹽橋制備：為了消除液接電勢，必須使用鹽橋，其制備方法是：在100mL的飽和 KCl溶液中加入3g瓊脂，煮沸，用滴管將它灌入干凈的 U形管中，U形管中以及管兩端不能 留有氣泡，冷卻后待用。2.電動勢的測定：(1) 按圖6 ( R49)正確連接線路。注意正、負極不要接錯。(2) 校準標準電池：將轉換開關撥至“ N”處，轉動工作電流調節(jié)旋鈕粗、中、細、微， 依次按下電計按鈕“粗”、“細”，直至檢流計為零。此后在實驗過程中此四個按鈕不要再調。(3) 測量待測電池電動勢：將轉換開關撥向 X或X2位置(取決于待測電池的接入位置)， 從大到小旋轉

5、六個測量旋鈕，按下電計按鈕“粗”、“細”，直至檢流計示零，6個旋鈕下方 所顯示的數字總和即為待測電池電動勢。更換電池，即可測量其它電池的電動勢。實驗完畢，把鹽橋放在水中加熱溶解，洗凈，其它各儀器復原，檢流計短路放置。五數據處理：1 .室溫下(17 C)三組電池的電動勢測量值：編號電池表示式E(V)(實驗值)aZn ZnSO(O.1OOO mol/L)I KCI(飽和)|HgCl2,Hg1.07073bHgCl2,Hg |KCI(飽和)CuCuSQ(0.1000 mol/L)0.03857cZn ZnSQ(0.1000 mol/L)CuCuSG(O.1OOO mol/L)1.086182 計算：

6、由飽和甘汞電極的電極電勢數據，以及a、b兩組電池的電動勢測量值，分別計算銅電極和鋅電極的電極電勢。室溫下，：甘汞=0.2438-6.5 X 10-4 （17-25 ） =0.24900V Ea=甘汞-zn2+/zn zn2+/zn =甘汞-E a =0.24900-1.07073 = -0.82173V 同理，Eb= cf+/cu -甘汞 cu2+/cu =甘汞+Eo =0.24900+0.03857= 0.28757V在 25 C時O.IOOOmol L-1CuSQ溶液中銅離子的 平均離子活度系數為 0.16 , 0.1000mol L-1ZnSQ溶液中鋅離子的平均活度系數為0.15，計算銅

7、電極和鋅電極的標準電極電勢。c；+/cu=°c君cu-RT2FIn1acu2 - 理cu2+/cu=0.28757+ 8.31290|n1=0.3392V2 漢 965000.10.16同理,-Zn2+/Zn= 篤2+/Zn-EI|n 丄2FaZn2 +.0 2+8.314 2901護 zn /zn = - 0.82173+ In= -0.7693V2 漢 965000.仆 0.15物理化學數據手冊上的標準電極電勢數據0* 2+0* 2+:cu /cu= 0.3402Vzn /zn= -0.7630V.0* 2+.0 2+cu /Cu> ； cu /Cu六.注意事項：1. 標準

8、電池切勿搖晃或顛倒，正負極不能接錯，不能用萬用表量其電壓。2. 檢流計不用時一定要短路。在測定電動勢時，一定要順次先按電位計上的“粗”按 鈕，待檢流計光點調到零點后再按“細”按鈕，以免燒壞檢流計。又按按鈕使之通路的時間 不可過長，勿超過一秒。3. 盛放溶液的燒杯須潔凈干燥或用該溶液蕩洗。所用電極也應用該溶液淋洗或洗凈后 用濾紙輕輕吸干，以免改變溶液濃度。4. 甘汞電極內充滿 KCI溶液，并注意在電極內應有固體的KCI存在，以保證在所測溫 度下為飽和的KCI溶液。使用時應把橡皮頭拔去。七結果討論：由實驗所得結果計算鋅電極和銅電極的標準電極電勢，較手冊所給偏小，這可能是因為:1. 標準電池長期使用

9、后其電動勢已變動，但未校正。2. 用電位計測電池電動勢時， 每測一次前都需用標準電池校正，否則因工作電池的放 電而改變了工作電流，致使電位計上的刻度不等于實際的電位值。3測電動勢最好應在恒溫條件下進行，但目前尚無這樣的條件。4. 制備電極時如電流密度過大，鍍液有誤或鍍前電極表面未經潔凈處理會使鍍層粗糙 而易于剝落，致使電極電位有所改變而影響所測的電動勢值。八思考題：1.為什么不能用伏特計測量電池電動勢？其原因是：（1）用伏特計測量，總不免有電流流過電池，勢必有一部分電動勢消耗在極化 和克服內阻上， 因而使測量的電壓小于電池的電動勢；（2）當有電流通過電池時會發(fā)生化學反應使溶液的濃度改變，導致電動勢的改變，從而破壞了電池的可逆性。2 .對消法測量電池電動勢的主要原理是什么？現代很多直流電源可直接讀出輸出電壓 , 將這樣的電源的正極與待測電池正極 , 負極與負極相連 , 串聯一個保護電阻和一個檢流計 . 調可讀電源的輸出電壓至檢 流計指針不在偏轉 .此時待測電壓與可讀電壓的值相等 .利用電勢相消 .3應用 UJ-25 型電勢差計測量電動勢過程中，若檢流計光點總往一個方向偏轉，這可 能是什么原因？在測量電池電動勢過程中， 若檢流計光點總往一個方向偏轉， 說明達不到補償， 其原因 可能是： 被測電動勢高于電位差計的量限； 工作電池無電動勢輸出，或工作電池輸出的電動勢低于