《06066118童海港《原电池电动势的测定及其应用》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《06066118童海港《原电池电动势的测定及其应用》（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、物理化学实验报告院系 化学化工学院 班级 化学 061 班 学号 06066118 姓名 童海港 实验名称 原电池电动势的测定及其应用 日期 2009.3.26. 同组者姓名 王海燕 室温 16.7 气压 101.7kPa 成绩 一、目的和要求1.测定 Zn-Cu 电池的电动势和 Zn、Cu 电极的电极电势；2.学会一些电极的制备和处理方法；3.掌握电位差计（包括数字式电子电位差计）的测量原理和正确使用方法。二、基本原理凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。对定温定压下的可逆电池而言: (rGm)T， P = -nFE 式中，F 为法拉弟(Farady)常数;n 为电极反应式
2、中电子的计量系数;E 为电池的电动势。 可逆电池应满足如下条件: (1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。 (2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界。 (3)电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，亦即允许通过电池的电流为无限小。 因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件，在精确度不高的测量中，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥” 来消除液接电位。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。 对于任一电池，其电动势等于两个电极电势之差值，其计算式为：E=+ 对于锌-铜电池而言，+=Cu2+/Cu-RT/2Fln(1/a(Cu2+)=Zn
3、2+/Zn-RT/2Fln(1/a(Zn2+) 其中 Cu2+/Cu 和 Zn2+/Zn 是当 Zn2+/Zn=a(Zn2+)=1 时，铜电极和锌电极的标准电极电势。电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极作为标准(标准氢电极是氢气压力为 101325Pa，溶液中 为 1)，其电极电势规定为零。将标准氢电极与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出。 对铜电极可设计电池如下: Hg
4、(l)-Hg2Cl2(S)KCl(饱和)CuSO 4(0.1000molkg-1)Cu( S) 铜电极的反应为: Cu2+ + 2e Cu 甘汞电极的反应为: 2Hg+2Cl-Hg 2Cl2+2e 电池电动势: (饱和甘汞) 所以 (饱和甘汞) 已知 (饱和甘汞)，测得电动势 E，即可求得 。 所以 (饱和甘汞) 测定浓差电池的电动势 设计电池如下: (m1) (m2) Cu(S)CuSO 4(0.0100molkg-1)CuSO 4(0.1000molkg-1)Cu(S) 电池的电动势 三、仪器、试剂电位差计 1 台; 直流复射式检流计 1 台;精密稳压电源(或蓄电池)1 台; 标准电池 1
5、 只; 铜电极 2 只; 饱和甘汞电极 1 只; 锌电极 1 只; 毫安表 1 只;U 型管 1 只。 锌片; 铜片; CuSO 4(0.1000molkg-1);CuSO4(0.0100molkg-1); ZnSO4(0.100molkg-1);镀铜溶液; 稀 HNO3溶液;稀 H2SO4溶液; Hg 2(NO3)2饱和溶液; KCl 饱和溶液; 琼脂(C.P.)。 四、实验步骤1.电极的制备 (1)锌电极的制备 将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻，取出洗净，浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约 5s，表面上即生成一层光亮的汞齐，用水冲洗晾干后，插入0.1000molL-1ZnSO4中待用。 (2)铜电
6、极的制备 将铜电极在稀硝酸中浸泡片刻，取出洗净，作为负极，以另一铜片作正极在镀铜液中电。线路如图所示。控制电流为 10mA，电镀 60min 得表面呈红色的 Cu 电极，用蒸馏水洗净后放入 0.1000molkg-1CuSO4中备用。 2.盐桥制备 取 100ml 蒸馏水加热煮沸，加入 1.5g 琼脂溶解后加入 20gKCl 溶解，然后趁热将琼脂胶体注入 U 型玻璃管中，保持此充满状态冷却到室温，即凝固成冻胶固定在管内。取出擦净备用。 3.电动势的测定 (1)按电位差计电路图，接好测量电路。 (2)据有关标准电池的附录中提供的公式，计算室温下的标准电池的电动势。 (3)分别测定下列四个原电池的
7、电动势。 Zn( S)ZnSO 4(0.1000molL-1)饱和 KCl 溶液Hg 2Cl2(S)Hg(l)Hg(l)Hg 2Cl2(S)饱和 KCl 溶液CuSO 4(0.1000molL-1)Cu( S) Zn( S)ZnSO 4(0.1000molL-1)CuSO 4(0.1000molL-1)Cu( S)浓差电池 Cu(S)CuSO 4(0.0100molL-1)CuSO 4(0.1000molL-1)Cu( S) 五、原始数据Zn( S)ZnSO 4(0.1000molL-1)饱和 KCl 溶液Hg 2Cl2(S)Hg(l)E=1.05311VHg(l)Hg 2Cl2(S)饱和 K
8、Cl 溶液CuSO 4(0.1000molL-1)Cu( S) E=0.03800VZn( S)ZnSO 4(0.1000molL-1)CuSO 4(0.1000molL-1)Cu( S)E=1.08750V浓差电池 Cu(S)CuSO 4(0.0100molL-1)CuSO4(0.1000molL-1)Cu( S)E=0.01791V六、数据处理1.根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验温度下的电极电势： SCE/V=0.2415-7.61*10-4(T/K-298)T SCE/V=0.2415-7.61*10-4(273.15+16.7-298)=0.24770V2.根据测定的各
9、电池的电动势，分别计算铜、锌电极的 T、 T、 298 TCu2+Cu= SCE+E=0.24770V+0.03800V=0.28570V TZn2+Zn= SCE-E=0.24770V-1.05311V=-0.80541V298Cu2+Cu=0.3419V298Zn2+Zn=-0.7627VT=298+(T-298)+1/2(T-298)2 TCu2+Cu=0.3419+(-0.000016)*(273.15+16.7-298)=0.3420VTZn2+Zn=-0.7627+0.0001(273.15+16.7-298)+1/2*0.62*10-6(273.15+16.7-298)2=-0.
10、7634V3.根据有关公式计算 Zn-Cu 电池的理论电动势 E 理，并与实验值 E 实进行比 较。E 理 = Cu2+Cu- Zn 2+Zn=0.28570V-（-0.80541V）=1.09111VE 实 =1.08750VE 理七、思考题1.为什么不能用伏特计测量电池的电动势？答：电池的电动势不能用伏特计测量，其原因是：（1）用伏特计测量，总不免有电流流过电池，势必有一部分电动势消耗在极化和克服内阻上，因而使测量的电压小于电池的电动势；（2）当有电流通过电池时会发生化学反应使溶液的浓度改变，导致电动势的改变，从而破坏了电池的可逆性。2.测量电池电动势为何要用盐桥？选择盐桥中的电解质有什么
11、要求？答：对于双液电池电动势的测定需用盐桥消除液体接界电势。选择盐桥中电解质的要求是：（1）高浓度（通常是饱和溶液） ；（2）电解质正、负离子的迁移速率接近相等；（3）不与电池中的溶液发生反应。通常选作盐桥电解质的是 KCl NH4NO3和 KNO3。3.标准电池和工作电池有什么不同？答：标准电池的电动势已知并在一定时间和温度范围内内电动势相当稳定。4.电位差计的平衡指示始终要调节为零，如不为零说明什么？如果用电位计测量电动势过程中，若检流计的光点总算是向一个方向偏转，可能是什么原 因？答：若调不到零点，可能的原因有：（1）电池（包括工作电池、标准电池和待测电池）的正负极接反了；（2）电路中的
12、某处有断路；（3）标准电池或待测电池的电动势大于工作电池的电动势，超出了测量范围。5.对消法测量电动势具有什么优点？答：对消法测量电池电动势具有以下优点：（1）完全对消时无电流通过电池；（2）不需要测量线路中的电流强度；（3）待测电池电动势的测量精度完全取决于标准电池电动势和滑线电阻的精度。8、实验总结1.实验注意的问题：使用甘汞电极，要防止溶液倒流入甘汞电极中。甘汞电极和盐桥中应保留少量氯化钾晶体，使溶液处于饱和状态。标准电池在搬动和使用时，不要使其倾斜和倒置，要放置平稳。接线时正接正、负接负，两极不允许短路。制备铜电极时应注意，电镀前要求铜片表面平整清洁，电镀时，电流密度不宜过大，一般控制
13、在 20mA.cm-2左右，以保证镀层紧密。电镀后，应尽快浸入表面，防止表面再次在空气中氧化。锌电极一定要汞齐化，原因在于，锌电势较低，在溶液中，氢离子会在锌的杂质上放电，且锌较活泼容易氧化。汞齐化可以减少干扰电势，减少表面张力。制备盐桥时不能在中间出现气泡，否则可能会造成断路。2.本实验误差的主要来源有：新制备好的锌电极和铜电极在空气中暴露时间过长。电位计一开始没有进行校零。盐桥中氯化钾或者甘汞电极中的氯化钾没有达到饱和。线路的接头不干净严重氧化。读数时等待时间太长，因为随着电极的表面性质发生变化，电动势就会发生变化。3.本实验的优缺点：优点：操作比较简单，能锻炼学生自己设计电极并且自己制作电极的能力。运用数字式的电位差计为实验减少了很多不必要的麻烦，提高了实验精确度。缺点：制备的电极不够稳定极易发生再次氧化，没有考虑温度的因素，最好能在恒温下进行测定。
