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1、电动势的测定与应用一、 实验目的与要求1 掌握对消法测定电动势的原理及电位差计，检流计及标准电池使用注意事项及简单原理。2 学会制备银电极,银氯化银电极，盐桥的方法.3 了解可逆电池电动势的应用。二、 实验原理原电池是由两个“半电池”组成,每一个半电池中包含一个电极和相应的电解质溶液。不同的半电池可以组成各种各样的原电池。电池反应中正极起还原作用,负极起氧化作用,而电池反应是电池中两个电极反应的总和。其电动势为组成该电池的两个半电池的电极电势的代数和.若已知一半电池的电极电势，通过测定电动势，即可求得另一半电池的电极电势。目前尚不能从实验上测定单个半电池的电极电势。在电化学中，电极电势是以某一
2、电极为标准而求出其它电极的相对值。现在国际上采用的标准电极是标准氢电极，即,时被氢气所饱和的铂电极。但氢电极使用比较麻烦,因此常把具有稳定电势的电极,如甘汞电极,银氯化银电极等作为第二类参比电极。通过测定电池电动势可求算某些反应的等热力学函数;电解质的平均活度系数，难溶盐的溶度积和溶液的值等数据.但要求上述数据，必须时能够设计成一个可逆电池,该电池反应就是所需求的反应。例如用电动势法求的。如需设计成如下电池：电池的电极反应为负极: 正极： 电池总反应： 电池电动势: 因为 所以 只要测得该电池的电动势，就可以通过上式求得的。 又例如通过电动势的测定,求溶液的值，可设计如下电池:醌氢醌为等摩尔的
3、醌和氢醌的结晶化合物,在水中溶解度很小，作为正极时反应为其电极电势因为 所以 只要测得电动势，就可通过上式求得未知溶液的值。电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为当伏特计与待测电池接通后，整个线路上便有电流通过，此时电池内部由于存在内电阻而产生电位降，并在电池两电极发生化学反应，溶液浓度发生变化,电动势数值不稳定,所以么准确测定电池电动势，只有在无电流的情况下进行，所以测定电池电动势采取对消法。三、 仪器与药品UJ5型电位差计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，银电极支,铂电极、饱和甘汞电极各1支，盐桥玻管4根。镀银液，盐桥液,未知p液,醌氢醌，
4、盐酸液（0.10mo/L），（1ml/）,硝酸银溶液（10mo/）。四、 实验步骤本实验测定下列四个电池的电动势：1电极制备（1)铂电极和甘汞电极采用现成的商品,使用前用蒸馏水淋洗干净,若铂片上有油污应在丙酮中浸泡,然后用蒸馏水浸泡。注意：甘汞电极使用前要观察里面的C溶液是否饱和,以及 Cl溶液的量是否足够。（2)用商品银电极进行电镀,制备银电极，以及银氯化银电极。注意:电镀时电压选择。v，电流选择2mA。银电极做阴极，电镀3min.电镀好的两个银电极电镀好后接触一下,以消除两个银电极电势上的差别。选择电镀效果较好的银电极用来制备银氯化银电极.做阳极，电镀10min.电极电镀好后，要注意清洗和
5、保护,银电极用蒸馏水冲洗,然后浸泡在蒸馏水中保护;银氧化银电极浸泡在1M的盐酸中保护.（3）醌氢醌电极 将少量醌氢醌固体加入待测的未知pH溶液中，搅拌成饱和溶液,然后插入干净的铂电极。注意：醌氢醌固体加入少量溶解使溶液呈现淡黄色即可,应留有少量未溶的醌氢醌固体以确保成饱和溶液。2。 盐桥的制备 为了消除液接电势，必须使用盐桥，其制备方法是琼胶：KO3：H2O=:20:50的比例加入到锥形瓶中，于热水浴中加热溶解，然后用滴管将它灌入到干净的U形管中,形管中以及管两端都不能留有气泡，冷却后待用。注意:对于盐桥的要求:盐的选择必须考虑盐溶液中的正负离子的迁移速率比较接近;不与两端电池溶液发生反应;高
6、浓度的盐溶液;常加入琼胶做胶凝剂，由于琼胶含有高蛋白，所以要新鲜配制。3 电动势的测定（1）按图1组成四个电池(2）将标准电池，待测电池，检流计接至型电位差计上，注意正负极不能接错。注意：电池的写法是左氧化，右还原.正负极不能接反,一定要记得放盐桥（3）校正工作电流 先读取环境温度，校正标准电池的电动势。（4)测量待测电池电动势。注意：读取数据只要读四位有效数字，因为盐桥，甘汞电极等都会带来1V的误差.四个电池的电动势大致范围为50,30，330，40mV。允许10mV的偏差。在温度较低时，计算得到的银电极电动势较高；温度较高时，电动势较低。注意节省溶液以及硝酸银溶液使用后回收。调整各个电池测
7、定的顺序. 饱和AgCl液制备是在01molL的Kl溶液中加入两滴0.mol/L的AN3溶液，边滴边搅拌,搅拌成乳白色即可。五、 数据记录与处理实验数据记录电池电动势(V)测定温度（）10.090052。35320.830521。240.21017.0. 根据第二、四个电池测定结果，求算gCl的Ksp。已知0时0.100mol/L的HC溶液的平均活度系数=0。8027，温度t时可通过下式求得 =-+160104t+1107t而0.10ol/L的AgO3的。734 0。molL的Cl的0。91 0。01ol的AN3的=902因为 对于第二个电池 lKsp = (0。001）+lg（0.010。9
8、02）-.31320948/（2.03。31490) =-10.1947Ksp=39101对于第四个电池g（Cl）在17时为:=+.6210-43.1310-7t2 -0.8027+1201013.1307172 -0。79 lgKsp = lg（.740.100)+lg（0。79000)-0。4521596485/（.3038.31420.2) 10.086Kp=8。270-2. 由第一个电池求已知饱和甘汞电极电势与温度的关系为：j甘汞0.226。10-4(t25）1.75106（t25)。16100（t5）与温度关系为 0。79919.8104（t2）+710-7（t5）2将实验测得的值与
9、理论计算值进行比较，要求百分误差小于1%。 =02412。6104（1。5-5)-1。75106（16。525）291610-0(16.-5)3 = 0.2469 .0190。246 =。78V+ =07488.4(273。2+65）/948n（0.1000。74） .88+0.062=0814 V而理论计算值 09919884(t-25）+1(t25）2 0。991-9.104（16.52）+717(16.525)08074 V0.2%13. 由第三个电池求未知溶液的H值已知 =.6997.414（t5） =0.69-7.410-（6.2-5） 0。705 j甘汞=.2416.611-4(t
10、25）1。7516(-2）2.1610-1(25) = 。2412。10(16225)。7516（125)29。100(1。25） 0469 = (。70590。5250469)96485/（2。338。3142。4） 1。84实验中，部分学生用Pt电极代替惰性电极进行测定，测量值及计算所得pH值见下表第一组第二组石墨电极Pt电极石墨电极Pt电极电池电动势 (mV)348。551。648.36。7溶液pH值9241.91。920。778由上面的数据可以看出，第三个电池中用惰性石墨电极代替Pt电极进行测定，给pH的测定大概会带来0.1左右的误差。六思考题1. 对消法测定电池电动势的装置中,电位差
11、计、工作电源、标准电池及检流计各起什么作用？答:电位差计包括了一个可变电阻R，一个固定电阻Rn,一个带滑动头的固定电阻a,转换开关以及一些导线,构成了除工作电源、标准电池、检流计之外的对消法测定电动势的装置.工作电源是为了构成工作电路,在固定电阻上产生电位降，用作对消电动势.标准电池是为了校准工作电流，通过在Rn上产生的电位降与标准电池对消来确定工作电流的大小.检流计是为了检测电路中是否存在电流，即待测电动势与外接的电动势是否对消,符合电动势测定时外电路电流为零的条件。2。 如果用氢电极作为参比电极排成下面的电池，测定银电极的电极电势，实验中会出现什么现象？如何纠正?Ag AgNO（a=1）|
12、H+(a=1） | 2P答:实验中会出现检流计一直偏转的现象。因为对于一个电池,通常用电势低的电极作负极，电势高的电极作正极，在本题中给出的电池，正极为氢电极,电极电势为，而负极为银电极,其电极电势为07991,如果照这样接入电位差计中,外接电动势就与之方向相同，无法产生对消，造成电池一直处于放电状态。只要把电池的正负极对调即可.3. 测量过程中，若检流计光点总是往一个方向偏转，可能是那些原因引起的？答：检流计光点总是往一个方向偏转，说明检测电路中始终有电流存在，可能原因有：（1） 工作电源没有打开或电压过低；（） 电池正负极接反;（3) 测量线路中出现接触不良或短路现象；（4)电池电动势超出
13、了电位差计检测的范围；（5） 调节值还处于远偏离于电池的电动势的状态,等等。.是否可以用两个准确的转盘电阻箱代替电位差计的使用?试画出线路图，说明实验过程。答:可以。如图所示，工作电源E，转盘电阻箱R1，R2组成工作电路。先将开关接a，调节R1和R2的大小,使得检流计G示零,记下电阻值R1;降开关接，调节R1和R2，并保持1+R不变,使得检流计示零，记下电阻值R1，则ExR1E/R1。4.是否可以用两个精确的转盘电阻箱代替电位差计使用？试画出电路图,说明实验过程。答:可以.测量时只需调节Ra和R的大小,即可使检流计示数为零，与电位差计效果相同。a+Rbr=Ra+b+,工作电流不变。1、 是否可以用两个准确的转盘电阻箱代替电位差计？试画出线路图,说明实验过程。答：可以，参加下面的示意图。首先校正工作电流将开关P打至1位置,调节R1使检流计读数为0；再测
