電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用

1、寧波工程學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)班級(jí) 化工 姓名 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)日期 2012.4.17同組姓名 指導(dǎo)老師 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng) 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)可逆電池、可逆電極、鹽橋等概念的理解；2. 掌握對(duì)消法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)的原理及電位差計(jì)的使用方法；3. 通過(guò)電池Ag | AgNO3(b1)KCl(b2) | Ag-AgCl | Ag的電動(dòng)勢(shì)求AgCl的溶度積Ksp；4. 了解標(biāo)準(zhǔn)電池的使用和不同鹽橋的使用條件。二、 實(shí)驗(yàn)原理1、可逆電池的電動(dòng)勢(shì)：電池的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣是左方為負(fù)極，右方為正極。如果電池反應(yīng)是自發(fā)的，則電池電動(dòng)勢(shì)為正。符號(hào)“|”表示兩相界面，“|”表示鹽橋。在電池中，電

2、極都具有一定的電極電勢(shì)。當(dāng)電池處于平衡態(tài)時(shí)，兩個(gè)電極的電極電勢(shì)之差就等于該可逆電極電勢(shì)。規(guī)定電池的電動(dòng)勢(shì)等于正負(fù)電極的電極電勢(shì)之差，即： E=+-可逆電池必須具備的條件為：（1） 電極上的化學(xué)反應(yīng)可向正反兩個(gè)方向進(jìn)行，即反應(yīng)可逆。（2）電池在工作（充放電）時(shí)，所通過(guò)的電流必須無(wú)限小，此時(shí)電池可在接近平衡狀態(tài)下工作，即能量可逆。（3）電池中所進(jìn)行的其它過(guò)程可逆。如溶液間無(wú)擴(kuò)散、無(wú)液體接界電勢(shì)。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)量時(shí)，常用正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類(lèi)構(gòu)成“鹽橋”來(lái)減小液體接界電勢(shì)。要達(dá)到工作電流零的條件，必須使電池在接近熱力學(xué)平衡條件下工作。

3、測(cè)量可逆電池的電動(dòng)勢(shì)不能直接用伏特計(jì)來(lái)測(cè)量。所以要準(zhǔn)確測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)，只有在電流無(wú)限小的情況下進(jìn)行，所采用的對(duì)消法就是根據(jù)這個(gè)要求設(shè)計(jì)的。2、對(duì)消法測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì)原理在待測(cè)電池上并聯(lián)一個(gè)大小相等，方向相反的外加電勢(shì)差，這樣待測(cè)電池中沒(méi)有電流通過(guò)，外加電動(dòng)勢(shì)的大小即等于待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。裝置如下：Ew-工作電源；EN-標(biāo)準(zhǔn)電池；Ex-待測(cè)電池；R-調(diào)節(jié)電阻；Rx-待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償電阻；RN-標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償電阻；K-轉(zhuǎn)換電鍵；G-檢流計(jì)3、電極：（1）標(biāo)準(zhǔn)氫電極：電極電勢(shì)的絕對(duì)值無(wú)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)（標(biāo)準(zhǔn)氫電極是氫氣壓力為101325Pa

4、，溶液中H+為1，其電極電動(dòng)勢(shì)規(guī)定為零）。將標(biāo)準(zhǔn)氫電極與待測(cè)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)。（2）參比電極：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極電動(dòng)勢(shì)已精確測(cè)出。E甘汞=0.2415-0.00076（t/-25）4、電池：電池（1）：（-）Hg(s) | Hg2Cl2(s) | KCl(飽和) | AgNO3(c) | Ag(s) (+)電池（2）：（-）Hg(s)|Hg2Cl2(s)|KCl(飽和)|KCl(c)|AgCl(s),Ag(s) (+)

5、三、 實(shí)驗(yàn)儀器、試劑1、儀器：EM-3C數(shù)字式電子電位差計(jì)；檢流計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)電極；銀電極1支；銀-氯化銀1支；飽和甘汞電極1支；50ml燒杯2個(gè)；導(dǎo)線、濾紙若干。2、試劑：0.01，0.03，0.05，0.07，0.09（mol.dm-3）KCl溶液；0.01，0.03，0.05，0.07，0.09（mol.dm-3）AgNO3溶液；飽和KCl溶液。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開(kāi)EM-3C數(shù)字式電子電位差計(jì)總電源預(yù)熱15分鐘。2. 讀室溫，利用韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)校正公式，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電池在室溫時(shí)的電動(dòng)勢(shì)Es。×10-5 (T/K-293.15) -9.5×10-7 (T/K-293.1

6、5)23. 將電位差計(jì)面板右側(cè)的撥位開(kāi)關(guān)撥到“外標(biāo)”位置，調(diào)節(jié)左側(cè)撥位開(kāi)關(guān)至標(biāo)準(zhǔn)電池的實(shí)際Es值。用導(dǎo)線把標(biāo)準(zhǔn)電池正負(fù)極和電位差計(jì)面板右側(cè)的“外標(biāo)”測(cè)量孔的正負(fù)極相連接。按下校準(zhǔn)按鈕，調(diào)節(jié)并觀察右邊平衡指示LED顯示值直至為零。 4. 測(cè)量待測(cè)電池(1)的電動(dòng)勢(shì) (1) 取1潔凈干燥的50ml燒杯，加入25ml 0.01 mol·dm-3 AgNO3溶液，插入銀電極；另取飽和甘汞電極1只插入裝有飽和KCl溶液的容器內(nèi)；將KNO3鹽橋的兩個(gè)支腳插入上述容器中，構(gòu)成電池(1)。 (2) 將電位差計(jì)面板右側(cè)的撥位開(kāi)關(guān)撥到“外標(biāo)”位置。用導(dǎo)線連接待測(cè)電池的甘汞電極和電位差計(jì)面板右側(cè)“測(cè)量”測(cè)

7、量孔的負(fù)極，銀電極連接正極。測(cè)了前估計(jì)所測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)大小并將左側(cè)撥位開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)至其附近。然后撥到“測(cè)量”位置，調(diào)節(jié)旋鈕，觀察LED顯示值直至在正負(fù)20內(nèi)，記下數(shù)據(jù)。將撥位開(kāi)關(guān)撥到“外標(biāo)”位置。 (3) 重復(fù)，依次測(cè)量0.03、0.05、0.07、0.09 (mol·dm-3) AgNO3溶液。5. 測(cè)量待測(cè)電池(2)的電動(dòng)勢(shì) (1) 取1潔凈干燥的50ml燒杯，加入25ml 0.01 mol·dm-3 KCl溶液，插入銀-氯化銀電極；另取飽和甘汞電極1只插入裝有飽和KCl溶液的容器內(nèi)；將KCl鹽橋的兩個(gè)支腳插入上述容器中，構(gòu)成電池(2)。 (2) 將電位差計(jì)面板右側(cè)的撥位開(kāi)

8、關(guān)撥到“外標(biāo)”位置。用導(dǎo)線連接待測(cè)電池的甘汞電極和電位差計(jì)面板右側(cè)“測(cè)量”測(cè)量孔的負(fù)極，銀-氯化銀電極連接正極。測(cè)了前估計(jì)所測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)大小并將左側(cè)撥位開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)至其附近。然后撥到“測(cè)量”位置，調(diào)節(jié)旋鈕，觀察LED顯示值直至在正負(fù)20內(nèi)，記下數(shù)據(jù)。將撥位開(kāi)關(guān)撥到“外標(biāo)”位置。 (3) 重復(fù)，依次測(cè)量0.03、0.05、0.07、0.09 (mol·dm-3) KCl溶液。6. 測(cè)定完畢，所有電極放回原處；廢棄溶液倒入指定回收瓶中；KCl鹽橋放回飽和KCl溶液中，；KNO3鹽橋放回指定回收瓶中；洗凈小燒杯放入烘箱干燥。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、連接線路時(shí)，切勿將標(biāo)準(zhǔn)電池、待測(cè)電池的正負(fù)極接錯(cuò)

9、。2、實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先根據(jù)附錄中的公式計(jì)算出實(shí)驗(yàn)溫度下標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)。 3、使用測(cè)量時(shí)，要不斷切換撥位開(kāi)關(guān)位置，撥位開(kāi)關(guān)在“測(cè)量”位置的時(shí)間要短，以防止過(guò)多的電量通過(guò)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)。六、數(shù)據(jù)記錄與處理1、數(shù)據(jù)記錄：室溫： 22.0 標(biāo)準(zhǔn)電池溫度： 20ES： 1.0184V E甘汞： 0.2453V 測(cè)量電池（1）：C(AgNO3)/mol.dm-3Ex/VE(Ag+/Ag)/Va(Ag+)ln a(Ag+)(AgNO3)0.010.434670.679970.00902-4.70830.9020.030.465370.710670.02526-3.6785

10、0.8420.050.478770.724070.04080-3.19910.8160.070.487670.732970.05551-2.89120.7930.090.474570.719870.06984-2.66150.776以E(Ag+/Ag)對(duì)ln a(Ag+)作圖： 從圖中可以得到當(dāng)ln a(Ag+)=0時(shí)，E=E(Ag+/Ag)= 0.79352V測(cè)量電池（2）C(KCl)/mol.dm-3Ex/VE(AgCl/Ag)/Va(Cl-)ln a(Cl-)KCl0.010.081070.326370.00902-4.70830.9020.030.063670.308970.02538

11、-3.67380.8460.050.055670.300970.04080-3.19910.8160.070.050170.295470.05551-2.89120.7930.090.046670.291970.06984-2.66150.776以E(AgCl/Ag)對(duì)ln a(Cl-)作圖：從圖中可以得到當(dāng)ln a(Cl-)=0時(shí)，E=E(AgCl/Ag)= 0.2469V2、計(jì)算AgCl的Ksp ：EMF=E(AgCl/Ag)E(Ag+/Ag)= 0.2469V0.79352V= -0.54662V= -546.62mV lnKsp(AgCl)=F×EMF /(R×T)

12、=96500×(546.62)/(8.314×295.15×1000)= 21.50所以 Ksp(AgCl)=4.599×10-10七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1、本次實(shí)驗(yàn)操作比較簡(jiǎn)單，但也容易產(chǎn)生較大的誤差。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出的圖上來(lái)看，基本呈一條直線，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)還是較成功的。但在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了幾組比較不好的數(shù)據(jù)，主要是在測(cè)量時(shí)等待的時(shí)間不夠久使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了誤差，其次可能是溶液本身就配置不準(zhǔn)確。 2、注意事項(xiàng)：(1) 制備電極時(shí)，防止將正負(fù)極接錯(cuò)；(2) 在工作電流“標(biāo)準(zhǔn)化”或測(cè)定未知電動(dòng)勢(shì)時(shí)，要瞬時(shí)按下電鍵而不能長(zhǎng)時(shí)間按； (3) 測(cè)量之前，鹽橋需要用蒸餾水清洗徹底，銀做電極使用時(shí)注意遮光。鹽橋起到降低液接電勢(shì)的作用，使它低到可以忽略不計(jì)的程度。 3、問(wèn)題討論：(1) KNO3鹽橋有何作用，如何選用鹽橋以適應(yīng)各種不同的原電池？答：將液接電勢(shì)降低到最小的作