电动势的测定及其应用

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1、实验报告电动势的测定及其应用一. 实验目的1. 学握对消法测定电动势的原理及电位差计，检流计及标淮电池使用注意事项及 简单原理。2. 学会制备银电极，银氣化银电极，盐桥的方法。3. 了解可逆电池电动势的应用。二. 实验原理原电池由正、负两极和电解质组成。电池在放电过程中，正极上发生还原反应，负极 则发生氧化反应，电池反应是电池中所有反应的总和。电池除可用作电源外，还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质，从 化学热力学得知，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应有以下关系：ArGm=-nFE式中AGm是电池反应的吉布斯自由能增長；n为电极反应中电于得失教；F为法拉第常 数；E为电池的电动势。

2、从式中可知，测得电池的电动势E后，便可求得丄进而又 可求得其他热力学参数。但须注意，首先要求被测电池反应本身是可逆的，即要求电 池的电极反应是可逆的，并且不存在不可逆的液接界。同时要求电池必须在可逆情况 下工作，即放电和充;电过程都必须在准平衡状态下迸行，此时只允许有无限小的电流 通过电池。因此，在用电化学方法研究化学反应的热力学性质时，所设计的电池应尽 長避免出现液接界，在精确度要求不高的测長中，常用“盐桥”来减小液接界电势。为丁使电池反应在接近热力学可逆条件下迸行，一般均采用电位差计测長电池的 电动势。原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能分别测定出两个电 极的电势，就可计算得

3、到由它们组成的电池电动势。附【实验装】（阅读了解）525型电位差计图5.8.2 UJ31型电位差计而板图CJ25型箱式电位差计是一种测長低 电势的电位差计，其测長范围为lpV-17. mV （ & 直 x 1 档）或10/V-171/nV （K直xlO档）。使用5.7卩6.4U外接工作电源，标准电池和 灵數电流计均外接，其面板图如图5.8.2所 示。调节工作电流（即校准）时分别调节R （粗调）、心2 （中调）和心3（细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。R”是为了适应混度不 同时标淮电池电动势的变化而设直的，当温度不同引起标准电池电动势变化时，通过 调节R”，使工作电流保持不变。乩

4、被分成I （xi）、n（xo.1）和m （xo.ooi）三 个电阻转盘，并在转盘上标出对应尺的电压值，电位差计处于补偿状态时可以从这三 个转盘上直接读出未知电动势或未知电压。左下方的“粗”和“细”两个按钮，其作 用是：按下“粗”鞍钮，保护电阻和灵敏电流计串联，此时电流计的灵敏度降低；按 下“细”按钮，保护电阻被短聒，此时电流计的灵敏度提高。为标准电池和未知电 动势的转换开关。标准电池、灵敏电流计、工作电源和未知电动势E,由相应的接线柱 外接。UJ25型电位差计的使用方法：（1）将心直到“断”，K屋于“xl”档或“xlO”档（视被测星宣而定），分 别接上标准电池、灵敏电流计、工作电源。被测电动势

5、（或电压）接于“未知1”（或“未知2”）。（2）根据温度修正公式计算标准电池的电动势（/）的值，调节尺,的示值与其相 等。将心直“标准”档，按下“粗”按钮，调节Rpi、心2和心3,使灵敏电流计指 针指零，再按下“细”按钮，用尺冲和乞，3精确调节至灵敏电流计指针指零。此操作 过程称为“校淮”。将心直“未知1”（或“未知2”）位直，按下“粗”按钮，调节读数转盘I、 II使灵敏电流计指雲，再按下“细”按钮，精确调节读敌转盘m使灵敏电流计指零。 读教转盘I、H和皿的示值乘以相应的倍率后相加，再乘以匕所用的倍率，即为被测 电动势（或电压）ExO此操作过程称作“测長”。三. 仪器与药品UJ-25型电位差计

6、1台，直流辐射式检流计1台，稳流电源1台，电位差计稳压电 源1台，韦斯顿标准电池1台，银电极2支，铠电极、饱和甘汞电极各1支,盐桥玻 管4根。镀银液，盐桥液，硝酸银溶液（0.10（）m（l/L）,未知pH液，盐酸液（0.100m（）i/L）,(lmol/L),醍氢醍。四. 实验步骤本实验测定下列四个电池的电动势：HgQ) + Hg2Cl2(s) I 饱和KC/溶液IICuSO4(000mo/kg) I Cu(s)Hg(l) + Hg2Cl2(s) I 饱和KC/溶液IL4gNC)3(O.100m) I AgAg(s) KCV(O.Olm)与饱和AgC7液IIAgNQJO.OlO加)I Ag(s

7、)Ag(s)+AgC/(s)IHC7(0. lOOmyiAgNO/0.100加)I Ag(s)1. 盐桥的制备为丁消除液接电势，必须使用盐桥，其制备方法是以质長比例琼胶：kno3 : H2O=1.5 : 20 : 50的比例加入到烧杯中，于电炉上加热并不断用玻璃棒搅拌使之溶解， 然后用滴管将它注入干净的U形管中，U形管中以及管两端不能留有气泡，挣却后待 用。2. 电动势的测定按右图组成三个电池。(2) 将待测电池接至电位差计上，用测试线将待测电 池按极与“测長”插孔连接，注意正负极不能 接错。(3) 将“测長”旋钮直于“内标”，将“X100”旋钮 晝于“1”，“补偿”旋钮逆时针旋转到底，其它旋

8、钮均直 于“0”，此时“电位指示”显示“1.00000” V。(4)待“检零指示”显示数值稳定后，按一下采零键，此时，“检零指示”显示“0000”。将“测星选择”旋钮直于%”,依次调节T010 五个旋钮,使“检 零指示”显示数值为负且绝对值杲小，此时“电位指示”显示的数值即为被测电动势的 值。依照上述步骤测定三个电池的电动势，每个电池测三次。实验完毕，把盐桥放在 水中加热溶解，洗净，其它各仪器复原，检流计短路放直。五. 实验注意事项1. 连接线路时，红线接阳极，熙线接阴极。2. 测试时必须先按电位计上“校淮”按钮，待检流计示零后，再按“测星”按钮, 以免检流计偏转过猛而损坏，测定时电计旋钮按下

9、的时间尽長短，以防止电流通过而 改变电极表面的平衡状态。3-开始时电流计应直于其灵敏度最低档，以后逐步提高灵敏度档次。4. 盐桥內不能有气泡。5. 标准电池不能倒直，晃动。6. 工作电源的电压会发生变化，故在测長过程中要经常标准化。另外，新制爸的 电池电动势不够稳定，应隔数分钟测一次，取其平均值。7. 测定过程中，检流计一直向一边偏转，可能是正负极接错，导线有断路，工作 电源电压不够等造成，应进行检査。&试验完毕，把盐桥放入水中加热溶解，洗净，其它各仪器复原，检流计短路放 置。六. 数据处理（参考）实验称取的琼胶、KNO.,的质長分别为3g、40g,移取的蒸憎水的体积为lOOmL。 温度心18

10、.6 C。1.根据第三、四个电池的测定结果，求算AgC/的K,p第三个电池为：Ag（$） I KC7（O.O1?）与饱和AgCl液IL4gAq（l加）I电 电池的电极反应为负极：+ C/_（O.Ob?7）AgCl + e正极： Ag*（O.Ol2）+ eTAg电极总反应：4g*（0.01?） + CT（0.012）TAgC7其中左边半电池的制宙方法为：往0.01nwl/L的孰化钾溶液中滴加2滴O.lnwl/L 硝酸银溶液，边滴边搅拌（不可多加），然后插入新制成的银电极即可。所测电动势的结果为：测長次数:23平均值电动势E/V0.41320.41320.41330.4132因为 0.01m Ag

11、Cl + e正极： Ag+(O 100?) + - Ag电极总反应：*(0.100/n) + C/70.100/n) t AgCl所测电动势的结果为：测星次数123平均值电动势E/V0.42180.42170.42180.4218巳知oc时O.Olmol儿的HC7溶液的平均活度系数力C =0.8027 ,温度厂C时的冗可通过下式求得-lgz；c=-lgZoc+1 62OxlO/ + 3.13xlO7r2将t =18.6 C代入可得O.lnxd/L的HCI溶液的/i86 C =0.986 ,所以ac/. = c/?6 c(A：C/) = 0.1 xO.986 = 9.86x 102/ L。由于

12、AgNC 的 浓度为O.lmol/L ,则 aAe = c/?6 c(ANO3) = 0.1 x 0.902 = 9.02 x02mol / L ,所以精u?iEF临_塩仏+临-2303刃= lg9.O2xlO-2+lg9.86xlO-2-2叫96485J2.303x8.314x291.75= -9.336解得Ksp =4.610xl0_,” LMlxlO+lOxlO-10=326x10-*综台两个电池求得的溶度积可得AgC!的Ksp为:2.由第二个电池求就；.恋第一个电池为:HgQ) + Hg2Cl2(s)饱和KC7溶液ISgNOJO.100m) I Ag($)电池的电极反应为负极： Hg+

13、CF -Hg2Cl2+e2正极：Ag+(0100加)+ T Ag电极总反应：Hg + cr + Ag+(0.100加)-Hg2Cl2 + Ag所測电动势的结果为：测長次数:23平均值电动势E/V0.53830.53840.53840.5384巳知饱和甘汞电极电势与温度关系为：0：冷=0.2412-6.61x10(/-25)-1.75xl0(/-25)2-9 16x1()t(/25)将温度U18.6C代入，可得旳甘=0 24540=恐与温度关系为：0；+ 心=0.799 l-9.88xlO_t(r-25) + 7xl 0-7 (t- 25)2将温度/=18.6SC代入可得比的理论值为切：+您=0

14、.8055V由于电池的电动势为E =一久汞，所以化时乐= +禺 =0.5384+0.2454 = 0.78381/实验测得的0*+比与理论值的绝对误差为：呎“ S =0.8055-0.7838 = 0.0217V相对误差为：七. 分析与讨论电动势的测長方法，在物理化学研究工作中具有重要的实际意义，通过电池电动 势的测旻可以获得氧化还原体系的许多热力学数据。如平衡常数、电解质活度及活度 系教、商解常数、溶解度、络台常数、酸碱度以及某些热力学函数改变長尊。电动势的测長方法属于平衡测長，在测星过程中尽可能的做到在可逆条件下迸行。 为此应注意以下几点：(1) 测長前可根据电化学墓本知识初步估算一下被测电池的电动势大小，以便在测長时能迅速找到平衡点，这样可避免电极极化。、(2) 要选择是佳实验条件使电极处于平衡状态。(3) 为丁判断所测長的电动势是否为平衡电势，一般应在短时间内，等间隔地测 星个教据