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1、原电池电动势的测定及其应用 、目的要求1、测定 CuZn 电池的电动势和 Cu、Zn 电极的电极电位。2、了解可逆电池，可逆电极，盐桥等概念。3、学会一些电极的制备和处理方法。、仪器与试剂NDM-1 精密数字直流电压测定仪、标准电池(惠斯登电池)、铜棒电极，锌棒电极、玻璃电极管 2 个、饱和甘汞电极（SCE）、洗耳球、小烧杯、细砂纸 、ZnSO4(0.100moldm -3),CuSO4(0.100 moldm-3) ，KCl(0.100 moldm-3),饱和KCl 溶液，稀硫酸、稀硝酸。、实验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: ( rG
2、m)T， P = -Nfe (1)(2)(3)式中， F 为法拉弟(Farady)常数; n 为电极反应式中电子的计量系数; 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。 可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势
3、之差。设正极电势为 +，负极电势为 ，则: E= + 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。 下面以铜锌电池为例：对铜电极可设计电池如下: Zn(S)ZnSO4(a1)CuSO4(a2)Cu(S)正极（铜电极）的反应为: Cu + 2e
4、Cu 负极（锌电极）的反应为: Zn Zn + 2e电池反应： Cu + Zn Zn + Cu相应的电极电势分别为：Cu /Cu =0Cu /Cu （RT/2F）ln（aCu / aCu）Zn /Zn =0Zn /Zn （RT/2F）ln（aZn / aZn ）所以，铜锌电池的电动势为 E =Cu /Cu Zn /Zn= 0Cu /Cu 0Zn /Zn （RT/2F）ln（aCu aZn ）/（aCu aZn）= E0 （RT/2F）ln（aCu aZn ）/（aCu aZn）纯固体的活度为 1，所以，上式变为：E = E0 （RT/2F）ln（aZn ）/（aCu ）电池电动势不能用伏特计来
5、直接测量，因为当把伏特计与电池接通后，由于电池的放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断改变，因而电动势也会发生变化。另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池的真正的电动势。电势差计是可以利用对消法原理进行电势差测量的仪器。即能在电池无电流（或极小电流）通过时测得其两极的电势差。这时的电势差是电池的电动势。、实验步骤一、电极制备1、锌电极用砂纸轻轻打磨锌电极表面上氧化层，再用稀硫酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入 ZnSO4(0.100moldm-3)溶液。2、铜电极用砂纸轻轻
6、打磨铜电极表面上氧化层，再用稀硝酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入 CuSO4(0.100moldm-3)溶液。二、电池的组合及其电动势的测量（重复测量 3 次，取平均）1、 ZnZnS0 4(0.1000M)CuS0 4(0.100M)Cu 2、 ZnZnS0 4(0.1000M)KCl(饱和)Hg 2Cl2Hg 3、 HgHg 2Cl2KCl(饱和)CuS0 4(0.1000M)Cu 实验装置图：、数据记录和数据处理 实验温度：29 实验气压：100.93KPa饱和标准电池 A：1018.0mV E20=1.01864V饱和标准电池 B：1018.0mV E20
7、=1.01862V仪器误差：（1018.64+1018.62）/2-1017.95=0.68mV实测电动势（V） 电动势平均值（V）校准值（V）Cu-Zn 电池 1.0872 1.0874 1.0875 1.0874 1.0881甘汞-Zn 电池 1.0391 1.0389 1.0388 1.0389 1.0395Cu-甘汞电池 0.0475 0.0476 0.0477 0.0476 0.04831、根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式得，饱和甘汞电极（SCE）的电极电势为： SCE/V =0.2145-7.61*10(-4)*(302-298)=+0.2385V2、计算铜电极和锌电极的电极
8、电势。由实验数据表得 E1=（1.0874+0.00068）V=+1.0881V，E2=（1.0389+0.00068）V=+1.0395V，E3= (0.0476+0.00068) V=+0.0483V铜电极的电极电势为 SCE+E3=（0.2385+0.0483）V=+0.2868V,锌电极的电极电势为 SCE-E2=（0.2385-1.0395）V=-0.801V3、计算实验温度下铜电极和锌电极的标准电极电势。查表得，ZnSO4(0.100 mol/L) 的平均活度系数 =0.150CuSO4(0.100 mol/L)的平均活度系数 =0.150活度 a(Zn )= M=0.150*0.
9、100=0.015a(Cu )= M=0.150*0.100=0.0150Cu /Cu =+ + （RT/2F）ln（1 / aCu ）=+0.2868+(302*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=+0.3413V0Zn /Zn =- + （RT/2F）ln（aZn / aZn ）=-0.801+(302*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=-0.7464VCuZn 电池 E=+ -=1.0877V0Cu /Cu =+ + （RT/2F）ln（1 / aCu ）=+0.2868+(298*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=+0.3
10、406V0Zn /Zn =- + （RT/2F）ln（aZn / aZn ）=-0.801+(298*8.31)/(2*96487)ln（1 /0.015）=-0.7464VCuZn 电池 E=+ -=1.0877V4、计算 298K 时铜电极和锌电极的标准电极电势，并计算测量误差。TK 标准电极电势(V)298K 标准电极电势(V)298K 标准电极电势(V) 文献值误差铜电极 +0.3413 +0.3413 +0.3370 10.21%锌电极 -0.7464 -0.7466 -0.7628 2.12%CuZn 电池+1.0877 +1.0879 +1.0998 1.08%、思考问题1、电位
11、差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用?如何保护及正确使用? 答：电位差计是根据补偿法测量原电池电动势的平衡式电压测量仪器，能准确测出被测电池的电动势。测量时须单独放置，不能用手触摸仪器外壳，测量完毕后，须将开关置于“调零”档，并将电池及时取下。标准电池是用于测量前对电位差计进行标定，以保证结果的准确度。使用和搬运时应避免震动，不允许倒置，且应避免光照。检流计是用以做示零指示，因为测量过程中要求工作回路与被测回路间无电流通过。工作电池是为了与参比电极构成工作回路，测量自身电极电势。2、参比电极应具备什么条件?它有什么功用? 答：参比电 极 (1） 必 须 是 可 逆 电 极 ， 它 的
12、电 极 电 势 也 是 可 逆 电 势 。(2） 电 极 必 须 具 有 良 好 的 稳 定 性 和 重 现 性 。功 用 ： 将 被 测 定 的 电 极 与 精 确 已 知 电 极 电 势 数 值 的 参 比 电 极 构 成 电 池 ，测 定 电 池 电 动 势 数 值 ， 就 可 计 算 出 被 测 定 电 极 的 电 极 电 势 。3、若电池的极性接反了有什么后果? 答：若使用对消法测量原电池电动势，电池极性接反将导致回路的电压无法调整到零，即无法测定待测电池的电动势。4 盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则?答：盐桥的作用：(1）减小液接界电势。(2）防止试液中的有害离子扩散到
13、参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。原则：(1）盐桥内的正，负离子的摩尔电导率应尽量接近。(2）盐桥内溶液必须与两端溶液不发生反应。I 注意事项：1. 甘汞电极使用时应将上面的塞子拔开。2. 注意甘汞电极的保护和轻放。3. 实验结束，将电压测定仪正负接线夹短路，关闭电源。实验结论：本次实验测得 Cu-Zn 电池、甘汞-Zn 电池、Cu-甘汞电池在 29C 时的电动势分别为 1.0881、1.0395、0.0483。由此计算出 298K 标准电极电势铜电极为+0.3413V，锌电极为-0.7464V，CuZn 电池为+1.0877V ，误差依次为10.21%、2.12%、1.08% 。由本实验学习了测定 CuZn 电池的电动势和 Cu、Zn 电极的电极电位的方法及有关原理。电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池的真正的电动势。指导教师批阅意见：成绩评定：指导教师签字：年 月 日备注：注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后 10 日内。
