原電池電動勢的測定解讀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上原電池電動勢的測定實驗?zāi)康?測定ZnCu電池的電動勢和Cu、Zn電極的電極電勢；2學(xué)會一些電極的制備和處理方法；3掌握數(shù)字式電位差計的測量原理和正確使用方法。實驗原理電池放電過程中，正極起還原反應(yīng)，負極起氧化反應(yīng)，電池反應(yīng)是電池中所有反應(yīng)的總和。在恒溫恒壓、可逆的條件下，電池反應(yīng)有：G=-nEF （1）式中，G是電池反應(yīng)的吉布斯自由能變化量，n為電池反應(yīng)中得失電子的數(shù)目；E為電池電動勢；F是法拉第常數(shù)。測定E值后，即可求得G及其它熱力學(xué)函數(shù)，但要求電池反應(yīng)是“可逆”的，即電池反應(yīng)為可逆，不存在任何不可逆的液接界；其次要求電池在可逆下工作，即充放電必須在準平衡狀態(tài)下工作

2、，只允許無限小的電流通過電池，因此在設(shè)計時設(shè)定所謂“鹽橋”來消除液接界。所謂液接界是指電池的兩個電極周圍的電解質(zhì)溶液性質(zhì)不同，不處于平衡態(tài)，當這兩種溶液相接觸時存在一個液接液面，在液界面兩側(cè)會有離子向相反方向擴散，隨時間延長，擴散達到相對穩(wěn)定，而在液界面上產(chǎn)生一個微小電勢差，稱之為“液接界電勢”。常用鹽橋來消除或降低液接界電勢。常見鹽橋采用高濃度或飽和KCl溶液充滿玻璃管，其兩端分別與兩種溶液相接時，界面上主要由K+ 、Cl 的向稀溶液擴散，K+ 、Cl的摩爾電導(dǎo)率接近，因此減小了液接界電勢，而且鹽橋兩端液接界電勢符號相反，可使兩端液接界電勢抵消一部分。在測量電池電動勢時，為使其接近熱力學(xué)可逆

3、狀態(tài)，采用電位差計測量，原電池電動勢是兩個電極電動勢的代數(shù)和，由（1）式可推導(dǎo)出電池電動勢和電極電勢的表達式。CuZn電池：Zn(s)|ZnSO4(m1)|CuSO4(m2)|Cu（s）當電池放電時：負極氧化 ZnZn2+(Zn2+)+2e-正極還原 Cu2+( Cu2+)+2e-Cu總反應(yīng)：Zn+ Cu2+= Zn2+CuZn2+Cu則電池反應(yīng)的 G=G+RT() (2) CuZn2+標準態(tài)時：G=G=-nEF (3)則 E=E-RTZn2+ln (4) nFCu2+而E=+- 所以，對CuZn電池：+=Cu2+,Cu-RT1RT1 -=Zn (5) ln-ln2+,Zn2FCu2+2FZn

4、2+對單個離子，其無法確定，但強電解質(zhì)活度與平均摩爾濃度有以下關(guān)系： Zn=±m1 Cu=±m2 (6) 2+2+其大小與物質(zhì)濃度、離子種類、實驗溫度有關(guān)。±是離子的平均活度系數(shù)，±,Zn2+=±,Cu2+=0.15因為電極電勢絕對值無法測定，實際測量中，需要將某一電極電勢作為“零標準”，即參比電極，本實驗中采用飽和甘汞電極作為零標準電極。電動勢測定必須是在可逆狀態(tài)下進行，電位差計即是應(yīng)用對消法原理（在外電路上加一個方向相反而電動勢幾乎相等的電池）來達到平衡狀態(tài)的。本實驗是在室溫下測得電極電勢，要計算298K標準電極電勢2T=298+(T-29

5、8)+(T-298) KT，則 12Cu電極：=-0.01610VK,=0Zn電極：=0.10010VK,=0.6210VK-3-1-6-2-3-1實驗儀器與試劑DSC型電位差計 1臺 標準電池 1個飽和甘汞電極 1支 Cu、Zn電極 各一根飽和硝酸亞汞 A.R. CuSO4溶液 0.1molL-1飽和KCl溶液 A.R. HNO3 6molL燒杯 若干 砂紙 -1實驗步驟1.將電位差計插上電源預(yù)熱10分鐘，面板上選擇開關(guān)需置于“內(nèi)標”檔；2.制備電極Cu電極：將Cu電極拋光后浸入6molL HNO3溶液內(nèi)除氧化物及污物，清洗后以此作為陰極；另一同法處理的Cu棒作陽極，在鍍銅溶液中進行電鍍30

6、min，電流密度為20mA/cm2，取出洗凈浸入裝有0.1molLCuSO4溶液的電解質(zhì)中。Zn電極：將拋光后的Zn電極浸入稀H2SO4溶液數(shù)十秒，除去表層氧化物，用去離子水沖洗干凈，浸入飽和硝酸亞汞溶液中3 5s，取出用濾紙擦拭，上面有一層十分光亮的鋅汞齊即可，再用水沖洗，浸入裝有0.1molL H2SO4溶液的電解池中。注意：用后的硫酸、硝酸及硝酸亞汞溶液不要倒掉！保持桌面整潔！3.根據(jù)室溫計算出標準電池的電動勢，用來校正電位差計。E標準/V=1.40.6(T293)+0.95(T293)20.01(T293)3 ×106 -1-1-14.將標準電池接入電路（正負極勿反?。┻x擇開

7、關(guān)置于“外標”檔，調(diào)節(jié)面板上的電位旋鈕使得顯示讀書等于第三步計算值，最后一位讀數(shù)用微調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)，然后按“清零”旋鈕，即校正好儀器。5.將待測電池接入電路，選擇開關(guān)置于“測量”檔，調(diào)節(jié)面板上的電位旋鈕及微調(diào)旋鈕，使得面板上的電流顯示為零，此時的電位值即為待測電池的電動勢。因Cu電極易被氧化，先測甘汞銅、鋅銅電池，最后測鋅甘汞電池；每個電池測3次取平均值。 電池組合：-1Hg(s)|Hg2Cl2(s)|KCl (飽和)|CuSO4（0.100molL）|Cu（s）Zn(s)|ZnSO4(0.100molL)|CuSO4(0.100molL)|Cu(s)Zn(s)|ZnSO4(0.100molL)|

8、 KCl (飽和)| Hg2Cl2(s)| Hg(s) -1-1-1數(shù)據(jù)記錄與處理（1）溫度 T= 293.4KE標準/V=1.40.6(T293)+0.95(T293)20.01(T293)3 ×106=1.01863V甘汞/V=0.24157.61×104(T298)=0.2450V(2)實驗測得電動勢列表（3）將計算所得T、列表，并計算相對誤差。 T、298實驗值的計算：1、(Zn) E=甘汞-Zn2+/ZnZn2+/Zn=甘汞-E=0.2450-1.06093=-0.81593VQZn2+/Zn=Zn-2+ZnRT1ln2FZn2+Zn=Zn2+Zn+2+ZnRT1

9、RT1ln=-0.81593+ln=-0.76273V2FZn2+2F0.150.11(T-298)2212Zn(298K)=(T)-(T-298)-(T-298)2+2+ZnZnZn20.62=-0.76273-0.10010-3(293.4-298)-10-6(293.4-298)2=-0.76228V2QZn(T)=(298K)+(T-298)+2+ZnZn2+Zn2、(Cu) E=Cu2+/Cu-甘汞Cu2+/Cu=甘汞+E= 0.2450+0.04045 =0.28545VQCu2+/Cu=Cu-2+/CuRT1ln2FCu2+RT1RT1ln=0.28545+ln=0.33865V

10、2FCu2+2F0.150.1Cu=Cu2+/Cu+2+/Cu1(T-298)2212Cu(298K)=(T)-(T-298)-(T-298) 2+2+/CuCu/Cu2=0.33865+0.01610-3(293.4-298)=0.33858VQCu(T)=(298K)+(T-298)+2+/CuCu2+/Cu理論值的計算：Cu2+(298K)=0.3402V(298K)=-0.7628V /CuZn2+/ZnCu1(T-298)22=0.3402-0.01610-3(293.4-298)=0.34027V2+(T)=(298K)+(T-298)+/CuCu2+/CuZn(T)=(298K)

11、+(T-298)+2+ZnZn2+Zn1(T-298)2 20.62=-0.7628+0.10010-3(293.4-298)+10-6(293.4-298)22=-0.76325VCu2+/Cu(T)=Cu(T)-2+/CuRT1RT1ln=0.34027-ln=0.31110V 2FCu2+2F0.100RT1RT1ln=-0.76325-ln=-0.79242V 2FZn2+2F0.100Zn2+/Zn(T)=Zn(T)-2+/ZnV+0.79242V=1.1035V Etheory=Cu2+/Cu(T)- Zn2+/Zn(T)=0.31110相對誤差：Eexp.-EtheoryEtheory=1.0965-1.1035100%=-0.63%1.1035思考題1.簡述對消法原理。解：電位差計所提供的電源電動勢與原電池的電源電動勢處于反向，即兩者在同一電路中的電壓方向相反，調(diào)節(jié)電位差計使電路中電流為零，此時電位差計的電壓與原電池的電壓相等，達到測量未知電壓的目的。2.參比電極應(yīng)具備什么條件？它有什么作用？解：條件：易制備，電極電位穩(wěn)定，不易在空氣中發(fā)生反應(yīng)。作用：與待測電極形成一個電池，通過測量電池電動勢減去已知參比電極的電位來得到未知電極的電位。3.若電池極性接反了有什么后果