原電池電動勢和電極電勢的測量課件

基礎(chǔ)化學實驗——物理化學原電池電動勢和電極電勢的測量

西北大學國家級化學實驗教學示范中心知識點：原電池電動勢、電極電勢、能斯特方程。實驗技能訓練要點：常用電極的制備；檢流計、標準電池、穩(wěn)壓電源、電位差計的使用；原電池電動勢的測定。知識點及實驗技能訓練要點一、實驗目的二、實驗原理三、實驗步驟

四、注意事項五、實驗總結(jié)六、實驗延伸七、思考題一、實驗目的1.學會幾種電極和鹽橋的制備方法；2.掌握對消法測量可逆電池電動勢的原理；3.掌握UJ-25型電位差計的使用方法；4.學會電池的電動勢的測定；5.計算Cu、Zn電極的電極電勢。（一）可逆電池凡把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱為原電池（或電池）。電池由兩個電極和連通兩個電極的電解質(zhì)溶液組成。對定溫定壓下的可逆電池而言:

式中，F(xiàn)為法拉弟（Farady）常數(shù)；n為電極反應(yīng)式中電子的得失數(shù)；E為電池的電動勢。E可借助于電位差計測定二、實驗原理（二）電位差計電位差計是利用補償法在電池無電流（或極小電流）通過時測得兩電極的電位差工作原理圖E為工作電源電壓En為標準電池電動勢Ex為未知電池電動勢（三）電極電勢、電池電動勢

每個電極都具有一定的電極電勢。當電池處于平衡態(tài)時，兩個電極的電極電勢之差就等于該可逆電池的電動勢，即

分別代表正、負極的電極電勢。和R＝8.134J·mol-1·K-1；F＝96500C·mol-1；T是絕對溫度；z是反應(yīng)中得失電子的數(shù)量，α為參與電極反應(yīng)的物質(zhì)的活度。E是原電池的電動勢以Cu-Zn電池為例，其電池表達式為：ZnZnSO4(m1)CuSO4(m2)Cu

鋅電極的標準電極電勢銅電極的標準電極電勢

由飽和甘汞電極的電極電勢溫度校正公式求得測得電動勢E，則可以確定進而可求出

同理可以確定和選擇一個電極電勢已知的電極，如飽和甘汞電極，讓它與Cu電極組成電池，該電池的電動勢為：工作電源電位差計檢流計標準電池待測電池儀器裝置1.將標準電池、工作電池、檢流計與電位差計面板相應(yīng)位置相連。2.調(diào)節(jié)工作電池電壓約為2V。三、實驗步驟連接時應(yīng)注意極性3.計算標準電池的電動勢，并調(diào)節(jié)電位差計面板上的溫度補償旋鈕。4.調(diào)節(jié)工作電流：

將（N、X1、X2）轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“N”標準電池電動勢：依次旋動粗”、“中”、“細”、“微”，直至檢流計不再偏轉(zhuǎn)為止。若檢流計總朝一個方向偏轉(zhuǎn)，應(yīng)如何排查？（1）組裝Cu-Zn電池:在兩個干凈的小燒杯內(nèi)分別加入30mL0.10mol/kgZnSO4和CuSO4溶液，以飽和KCl鹽橋聯(lián)通兩燒杯。分別插入打磨干凈的Zn、Cu電極，電極導線與電位差計面板上未知電池1或未知電池2相接。

（2）將電位差計面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)（N、X1、X2）置于“X1”或“X2”位置，依次從大到小調(diào)節(jié)面板中部的六個旋鈕，直至檢流計不再偏轉(zhuǎn)為止。讀出數(shù)字，即為Cu-Zn電池的電動勢。5.測未知電池電動勢（3）同理測量其他未知電池電動勢“鹽橋”的作用是什么？1.標準電池屬精密儀器，不可橫放、倒置或搖動。2.用電位差計進行測量前最好先估算電動勢的大小。3.按電計按鈕的時間要短（<1s），不能一直按下按鈕；調(diào)節(jié)旋鈕時，電計按鈕要松開。4.為了避免使用汞齊電極時汞的污染，本實驗直接使用高純度的鋅片和銅片為電極，使用前要打磨、沖洗、烘干。5.飽和甘汞電極使用時要將電極帽取下，用畢后用飽和氯化鉀溶液浸泡。四、注意事項(一).數(shù)據(jù)處理1.寫出實驗時的室溫t及該溫度下標準電池的電動勢值Et；2.列出各電池電動勢的測量值：a)(-)Zn|ZnSO4(0.10mol/kg)‖CuSO4(0.10mol/kg)|Cu(+)E=b)(-)Cu|CuSO4(0.01mol/kg)‖CuSO4(0.10mol/kg)|Cu(+)E=c)(-)Zn|ZnSO4(0.10mol/kg)‖飽和甘汞電極(+)E=d)(-)飽和甘汞電極‖CuSO4(0.10mol/kg)|Cu(+)E=五、實驗總結(jié)3.根據(jù)飽和甘汞電極的電極電勢溫度校正公式，計算實驗溫度時飽和甘汞電極的電極電勢；(c)由電極電勢溫度校正公式分別計算銅、鋅電極計算其相對誤差。5.計算電池(1)的，并進一步計算計算其相對誤差。公式中注意使用活度4.電池(3)、(4)的電動勢測量值結(jié)合飽和甘汞電極的電極電勢：(a)分別計算銅、鋅電極的；(b)分別計算銅、鋅電極的。公式中注意使用活度工作電源要有足夠的容量，才能保證工作電流恒定。如果檢流計本身是好的，按鍵后檢流計光點不動，則說明線路中必有斷路。如果檢流計本身是好的，光點總是朝一個方向偏轉(zhuǎn)，則表明達不到補償，這可能是由以下原因造成：①被測電勢高于電位差計的限量；②工作電源沒有輸出，或輸出電動勢過高或過低；③工作電流回路中有斷路；④工作電源、標準電池或待測電池的極性接反。（二）.討論4.在測量電池電動勢時，盡管我們采用的是對消法，但在對消點前，測量回路將有電流通過，所以在測量過程中不能一直按下電鍵按鈕，否則回路中將一直有電流通過，電極就會產(chǎn)生極化，溶液的濃度也會發(fā)生變化，測得的就不是可逆電池電動勢，所以應(yīng)按一下調(diào)一下，直至平衡。在調(diào)節(jié)過程中，按下電鍵的次數(shù)應(yīng)盡量少。為了又快又準地測量，應(yīng)事先計算理論值，在理論值附近調(diào)節(jié)。原電池電動勢的測量，是測定一系列物理化學常數(shù)所最常用的方法之一。在科研工作中具有重要的意義。例如，平衡常數(shù)、活度系數(shù)、解離常數(shù)、溶解度、配合常數(shù)、溶液中離子的話度以及某些熱力學函數(shù)的改變量等，均可通過電池電動勢的測定來求得[1]。通過電動勢法研究季銨鹽Gemini表面活性劑與牛血清白蛋白(BSA)之間的相互作用,得到它們結(jié)合過程的結(jié)合等溫線和對應(yīng)的Scatchard曲線,并通過結(jié)合能力的概念得到了結(jié)合過程的結(jié)合位點數(shù)、Hill系數(shù)及Hill結(jié)合常數(shù)[2]

。六、實驗延伸參考文獻

復旦大學等編.物理化學實驗.第三版.北京：高等教育出版社，2004：68-73頁寧愛民,黨玉麗,趙士舉,等.電動勢法研究