原電池電動勢的測定

1、原電池電動勢的測定摘要：本實驗采用對消法測定原電池的可逆電動勢，為了使電池反應在接近熱力學可逆條件下進行，使用電位差計測量。制作Cu電極和Zn電極，通過鹽橋連接制作原電池，掌握一些電極的制備和處理方法。并且通過電池電動勢的測定研究構(gòu)成此電池的化學反應的熱力學性質(zhì)，進而學會有關熱力學函數(shù)的計算。Abstract :This experiment use the compensation method to measure the emf of the reversible battery, and use the potentiometer in order to make the proces

2、s of the battery reaction thermodynamically reversible. Andlearnsomepreparationofelectrodeand salt bridge by making the Zn electrodeand Cu electrodeand using the salt bridge to make the battery. And we can study the thermodynamic property of the chemical reaction according to the experimental data,

3、so that we can learn how to calculate some related thermodynamic functions.關鍵詞:對消法 電極 鹽橋 電池電動勢 熱力學函數(shù)Key words:compensation method electrode salt bridge battery emf thermodynamic functions1.實驗目的了解對消法測定電池電動勢及電極電勢的原理和方法；學會測定Cu-Zn電池的電動勢和Cu、Zn電極的電極電勢；1.3 掌握一些電極的制備和處理方法；熟悉數(shù)字式電子電位差計的工作原理以及正確的使用方法。2. 實驗原理及方

4、法2.1 不能直接使用伏特計測量：當電池與伏特計接通后，通路中有電流通過。而有電流通過電極時，就是發(fā)生極化現(xiàn)象，使電極偏離平衡狀態(tài)。極-化作用的存在將無法測得可逆電動勢。另外，電池本身存在內(nèi)阻，在這種情況下，伏特計所測得的僅僅是不可逆電池的端電壓。2.2 對消除法測定原電池的電動勢：測定電池電動勢必須要求電池反應本身是可逆的，即電池必須在可逆的情況下工作，此時只允許有無限小的電流通過電池。因此采用對消法測定原電池電動勢。2.3對消法的原理：在待測電池上一個大小相等，方向相反的外加電勢差，這樣待測電池中沒有電流通過時，外加電勢差的大小即等于待測電池的電動勢，達到測量未知電動勢的目的。2.4 相關

5、的熱力學性質(zhì)：電池放電過程中，正極起還原反應，負極起氧化反應，電池反應是電池中所有反應的總和。在恒溫恒壓、可逆的條件下，電池反應有： 式中， 是電池反應的吉布斯自由能變化量，n為電池反應中得失電子的數(shù)目；E為電池電動勢；F是法拉第常數(shù)。2.5 鹽橋的原理：測定E值后，即可求得及其它熱力學函數(shù)，但要求電池反應是“可逆”的，即電池反應為可逆，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，只允許無限小的電流通過電池，因此在設計時設定所謂“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，

6、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。2.6 電池的電動勢及電極電視的表達式：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

7、總反應：Zn+ Cu2+= Zn2+Cu則電池反應的 =+RT() 為物質(zhì)的活度，純固體物質(zhì)的活度為1 標準態(tài)時：= 則 =- 而= 所以，對CuZn電池：= (5)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系： 是離子的平均活度系數(shù)，其大小與物質(zhì)濃度、離子種類、實驗溫度有關。= =0.152.7 標準電池電動勢的溫度校正：由于標準電池電動勢的溫度的函數(shù)，所以調(diào)節(jié)前須首先計算出標準電池電動勢的準確值。常用的鎘汞標準電池電動的溫度校正公式為：Et/V = E20/V 39.94(t/ - 20)+0.929(t/ -20)2-0.0090(t/-20)3 + 0.00006(t

8、/ - 20)410-6E20 = 1.01862 V3. 實驗儀器與藥品UJ25型電位差計 1臺 標準電池 1個 檢流計 1臺直流穩(wěn)壓電源 1臺 電流表 1臺 電壓表 1臺飽和甘汞電極 1支 銅、鋅電極 電極管 金相砂紙硫酸鋅（AR） 五水合硫酸銅（AR） 飽和氯化鉀溶液實驗步驟4.1 接通“穩(wěn)壓電源”的電路，將電流類型轉(zhuǎn)化為直流電源。4.2 用兩根長導線連接直流穩(wěn)壓電源和UJ25型直流高電勢電位差計：將紅色接線柱與“2.9-3.3V”連接，將黑色負極接線柱與“”端連接。4.3 將AC1516直流復射式檢流計（注意正負極的對應）并聯(lián)在電源的兩端，選擇量程為7.5V。將直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)

9、至3V（此時指針指在60刻度處）。4.4 將檢流計的檔位調(diào)至電源設置為“220V”.接通電源，檢查檢流計的光標是否出現(xiàn)，將檢流計的波段有保護狀態(tài)“短檔”撥至“1”檔。此時光標能夠自由移動。通過“調(diào)零”旋鈕和屏幕上的小旋鈕將光標歸零。4.5 將檢流計和電位差計的指零儀（電計）用兩根粗導線連接。4.6 由于標準電池電動勢是溫度的函數(shù)，所以調(diào)節(jié)前必須首先計算出標準電池電動勢的準確值。本實驗在T=17.2的環(huán)境下進行，根據(jù)電池電動勢的Et=1.01872V。調(diào)節(jié)標準電池溫度補償旋鈕，使其數(shù)值等于標準電壓。4.7 調(diào)節(jié)電位差的工作電流：將“換向開關”扳向“N”然后按下“粗”按鈕，觀察檢流計的光標偏向，根

10、據(jù)檢流計的光標旋轉(zhuǎn)“粗、中”。當光點靠近零后，按下“細”旋鈕，調(diào)節(jié)“細、微”按鈕。使光標指向零刻度線。4.8 制備電極：Cu電極：取一根Cu棒，用金相砂紙打磨，除去表面的雜物和氧化物。用蒸餾水琳洗，然后插入電極管（注意活塞與電極管要塞緊）。用燒杯取適量的CuSO4溶液。將電極管的虹吸管浸入液面以下，用洗耳球從另一端小孔中吸取CuSO4溶液至液面浸沒銅棒的下端。用相同的方法制作Zn電極。將溶液換為ZnSO44.9 電池的組合：將飽和的KCl溶液注入50ml的小燒杯中作為鹽橋。將鋅電極的電極管的虹吸管置于小燒杯中。同樣方式放入銅電極。將制作好的Cu Zn原電池接入待測電動勢端，即“未知1”。將“換

11、向開關”扳向“X1”。依次按下“粗”、“細”按鈕。根據(jù)檢流計光點的偏轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)向“測量旋鈕”至檢流計的光點指示零位。六個測量檔所示的電壓值總和即為被測量的電動勢EX。讀出示數(shù)并記錄。4.10 按照上一步驟，依次測出ZnHg原電池以及HgCu原電池的電動勢。讀出原電池的電動勢并記錄。5. 實驗數(shù)據(jù)記錄與處理：5.1本實驗進行時室溫T=17.2=290.35K/V=0.24157.61104(T298) = 0.24735.2 實驗測得電動勢數(shù)據(jù)：組別被測原電池電動勢E/V（1）(-)Zn|Zn2+(0.10molL-1)|Cu2+(0.10molL-1)|Cu(+)1.091611（2）(-)

12、Hg|Hg2Cl2|KCl(飽和)|Cu2+(0.10molL-1)|Cu(+)0.021611（3）(-)ZnZnSO4(0.1000mol/L)KCl(飽和)Hg2Cl2Hg(+)1.0720045.3 將計算所得列表，并計算相對誤差。本實驗是在室溫下測得電極電勢，要計算298K標準電極電勢T，則Cu電極： ，Zn電極：，實驗值計算：Zn：（2）Cu：理論值計算： = 電極電勢實驗值0.268910.321450.32133-0.8247-0.77216-0.771571.0916理論值0.313190.340200.3419-0.79209-0.76328-0.76271.1053 相對

13、誤差：6. 實驗思考與討論6.1實驗的注意事項及體會：在拿取的標準電池時要輕拿輕放，平穩(wěn)放置，不要使其傾斜和倒置。在接線時注意正負極避免兩極短路。在制作鹽橋時，用洗耳球吸取溶液轉(zhuǎn)入U型管要避免有氣泡進入。此時要控制好吸入溶液的速度。如果有氣泡出現(xiàn)會影響離子的遷移。且在制作電極時要塞緊橡皮塞，防止電極管的溶液流出。在使用電位差計時，控制“粗”“細”兩按鍵開關時不要長時間按下不放。長時間按住示數(shù)會有波動，不太能穩(wěn)定下來。在測量電壓時，動作要迅速，時間久了電池可能發(fā)生極化現(xiàn)象，會對實驗結(jié)果造成誤差。在開始測量的時，通過檢流計的電流是相對較大的，為了避免檢流計損壞，應該將靈敏度的旋鈕放在最低檔，在之后

14、的測量過程中逐漸將檢流計的靈敏度調(diào)大。6.2 思考題：（1）在用電位差計測量電動勢的過程中，若檢流計的光點總是向一個方向偏轉(zhuǎn)，可能是什么原因？ 有可能是電池的正負極接反了，導致電動勢不能相互抵消，在這種情況下不能出現(xiàn)電流為零的情況。或者，在調(diào)節(jié)的過程中標準電池或者待測電池的電動勢已經(jīng)大于了工作電池的電動勢，以及在連接工作電池的回路上有斷路，使得RN或者RX兩端本身不存在電流。（2）用Zn(Hg)與Cu組成電池時，有人認為鋅表面有汞，因而銅應為負極，汞為正極。 雖然鋅的表面時有汞的但是由于兩者相互接觸，在發(fā)生化學反應時由于鋅是最容易失去電子的，因此它的部分電子會轉(zhuǎn)移到汞上面，所以還是鋅在失去電子

15、作負極，銅為正極。（3）選擇“鹽橋”液應該注意什么問題？ 首先要保證鹽橋液不與電極溶液發(fā)生反應。其次，鹽橋形成了陰陽離子的交換，所以在選擇鹽橋是應該選擇正負離子遷移數(shù)比較接近的鹽類。附錄資料：不需要的可以自行刪除設備大修規(guī)程1、目的消除設備存在的缺陷，保證生產(chǎn)設備恢復原有性能，有效延長設備的壽命、減小設備故障率、提高生產(chǎn)效益，減輕設備維修量。2、適用范圍廠區(qū)主要生產(chǎn)設備3、職責 3.1設備經(jīng)理（主管）根據(jù)生產(chǎn)情況，以及通過設備維修數(shù)據(jù)分析設備情況，制定設備大修計劃，并且購置設備大修配件。3.2事務助理根據(jù)要大修的設備，編制設備大修記錄單、設備大修驗收記錄單。3.3大修班班長根據(jù)要大修的設備，擬

16、定大修計劃，列出大修配件名單交設備主管，準備大修所有器具，做好大修安全防護措施。3.4操作人員極力配合大修人員的工作，順利開展大修。4、工作規(guī)程4.1大修準備工作4.1.1設備主管根據(jù)生產(chǎn)情況、設備情況提前一周制定大修計劃，并落實到大修班和生產(chǎn)部門。4.1.2設備事物助理根據(jù)大修設備，編制設備大修記錄單給大修班、大修驗收記錄單給設備主管。4.1.3大修班班長根據(jù)要大修的設備查閱資料，擬定大修安排計劃，列大修配件清單交設備主管，落實大修人員，準備設備大修所需器具，做好大修安全防護措施。4.1.4設備主管購置設備大修所需配件，在大修前配齊。4.1.5操作人員在設備大修前，做好設備清潔衛(wèi)生，清理設備

17、場地，挪開生產(chǎn)加工物品，提前停止設備，進入待修狀態(tài)。4.2設備大修實施 4.2.1大修班班長組織指導大修工作，大修班根據(jù)大修要求嚴格對設備進行大修。 4.2.2填寫設備大修單，記錄在大修中更換的配件。 4.2.3設備主管在大修結(jié)束后，對大修設備進行驗收，記錄設備運行是否正常，運行參數(shù)是否合格，驗收合格后投入運行。4.2.4設備事務助理在設備驗收合格后，對大修記錄、驗收記錄進行存檔，并完善ERP平臺數(shù)據(jù)記錄。4.3設備大修規(guī)范4.2.1設備大修的周期為2年進行一次。4.2.2設備大修是以大修班為主、操作人員為輔，對設備有效的大修。 4.2.3根據(jù)設備秩序要求，結(jié)構(gòu)要求，對設備全部或部分解體，把拆

18、卸配件歸類標記、存放。 4.2.4嚴格檢查設備機械結(jié)構(gòu)部分和配件，清理結(jié)構(gòu)污垢，清洗機械配件，更換潤滑油，更換老化配件。 4.2.5檢查設備氣動、油壓系統(tǒng)，清理氣管、油管，清洗油箱、閥芯等，更換沉淀老化液壓油。 4.2.6檢查電氣部分，更換老化線路、電器元件，更新設備配置，緊固各接線端子；檢驗電氣設備絕緣、阻值等參數(shù)，更換檢修參數(shù)不合格的電氣設備；對配電箱、配電柜等進行清潔吹灰。 4.2.7沒有允許，嚴禁改動設備原有結(jié)構(gòu)，根據(jù)設備結(jié)構(gòu)還原裝配設備。4.2.8完成大修后，要清潔大修場所，保持設備環(huán)境的清潔衛(wèi)生，對更換的配件統(tǒng)一規(guī)范放置。相關文件和記錄 5.1設備大修單 5.2設備大修驗收單附件:

19、 設備維修及故障處理流程圖1設備維修流程設備操作人員發(fā)現(xiàn)故障填設備保修單注明設備型號（序號）設備操作人員發(fā)現(xiàn)故障填設備保修單注明設備型號（序號）、簡述故障情況，生產(chǎn)班（組）長簽字報機修班特殊情況可直接電話報修事后及時補寫報修單機修班（組）長及時（15分鐘內(nèi)）安排檢修或機修工接報修單直接檢修維修機修人員主導，嚴格按照設備檢修規(guī)程、安全操作、準確判斷故障、按時保質(zhì)完成，設備操作人員配合輔助設備配件在機修班庫房或公司配件庫領取（中夜班聯(lián)系庫房管理員）檢修技術難點（問題）及時詢問班（組）長和老員工，特殊輔助機具及時聯(lián)系車間主任及班組長支援重大問題及時聯(lián)系設備部經(jīng)理（主管）直至向公司分管領導匯報一般情況

20、當班必須檢修完畢，如特殊情況必須與下班交接（故障情況、檢修進度等）做好記錄檢修完畢操作人員進行試車驗收，填寫維修情況、維修時間（報修單）設備部主管（專項助理）每周收集統(tǒng)計報修單，考評機修工檢修時間及設備維修時間，周會通報設備部經(jīng)理（主管）每月根據(jù)設備維修時間統(tǒng)計，分析（改進）設備維修狀況、設備運行狀況及操作與維修人員綜合素質(zhì)，形成月度總結(jié)上報公司2設備事故處理流程設備操作人員、車間主任、班組長或相關發(fā)現(xiàn)人員上報設備操作人員、車間主任、班組長或相關發(fā)現(xiàn)人員上報設備部、機修班維修人員或安全巡檢人員提出設備部經(jīng)理（主管）主導召集設備事故分析會，設備操作人員、所屬車間主任班組長、機修班（組）長、相關維

21、修人員參加，生產(chǎn)部、安環(huán)部有關人員列席（如發(fā)生人生傷害事故由安環(huán)部主導）由設備操作人員、車間主任、班組長或相關發(fā)現(xiàn)人員闡述事故經(jīng)過，維修人員敘述維修經(jīng)過、損壞情況及原因分析，設備部經(jīng)理（主管）作出事故結(jié)論，編制事故報告（含處理意見）事故按照三不放過原則處理落實（事故原因分析不清、責任不落實、無改進整改不放過）事故發(fā)生班組（車間）對相關責任人責任進行分解落實，并在班組召開分析會總結(jié)經(jīng)驗教訓，進行預防整改，杜絕事故人力資源部及財務部根據(jù)事故報告對相關責任人進行扣款及績效處罰設備大修單設備名稱: 大修序號:規(guī)格型號制造廠家制造編號制造時間本廠編號大修時間使用部門安裝地點主要附屬設備序號名稱規(guī)格型號單

22、位數(shù)量制造廠制造號備注12345易 損 配 件12345大 修 記 錄序號大修項目大修概述效果備注12345678910 制表人： 大修人： 審核人：設備維修記錄單 位： 年 月 日設備編號設備名稱規(guī)格型號開工時間竣工時間修理工時修理內(nèi)容更換部件及消耗材料部件及材料名稱數(shù)量單價（元）總價（元）合計驗收情況遺留問題修理單位：檢驗員：使用單位驗收人：設備部門： （公章）經(jīng)辦人：設備到貨驗收及移交記錄設備名稱型 號規(guī) 格 外形尺寸生產(chǎn)廠合 同 號出廠日期出廠編號重量公斤資產(chǎn)編號主 要 附 機 、隨 機 附 件 及 工 具張技 術 資 料張序號名 稱規(guī)格及型號應供量實收量名 稱份份備 注說 明 書合 格精度檢驗單另件圖冊工具清單備件清單驗收及移交記事：設備原值裝備管理部門驗收日期使用單位設備管理部門領用日期設備臺賬設備名稱型號制造廠家供應廠家出廠編號出廠日期購買日期本廠編號維保人備注設備閑置（報廢）設備臺賬序號設備名稱本廠編號規(guī)格型號生產(chǎn)廠家數(shù)量單位閑置（報廢）原因存放地點備注設備維修聯(lián)絡（派工）單報修單位編號： 維修單位編號：報修單位報修人報修時間上聯(lián) 白色 報修單位存檔上聯(lián) 白色 報修單位存檔維修單位維修人維修時間報修設備信息（