实验十原电池电动势的测定知识交流

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1、课程名称：物理化学实验（2）实验项目名称学院专业：指导教师报告人： 学号班级： 实验时间：20121012实验报告提交时间：20121026教务部制I、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。II、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，氯化亚汞，洗耳球，小烧杯，细砂纸 ZnS04(0.100moldm-3),CuS04(0.100 moldm-3) ， KC1(O.1OO moldm-3),饱和KCl溶液，稀硫酸、稀硝

2、酸。皿、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)。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，即测量时通过电池的电 流应为无限小。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， 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可 满足通过电池电流为无限小的条件。电位差计测定电动势的原理称为对消法，可使测定时流 过电池的电流接近无限小，从而可以准确地测定电池的电动势。可逆电池的电

3、动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为 +，负极电势为 -，则电池电动势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，规定其电极电势为零。将标准氢电极与待测电极组成电池，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，具体的电极电位可参考相关文献资料。以饱和甘汞电极与铜/硫酸铜电极或锌/硫酸锌电极组成电池，测定电池的电动势，根据甘 汞电极的电极电势，可推得这两个电极的电

4、极电势。电极电势的测定原理：原电池是化学能转变为电能的装置，在电池放电反应中，正极(右边)起还原反应，负极 只供学习与交流此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除起氧化反应。电池的电动势等于组成的电池的两个电极电位的差值。即:RT a ln还原ZF a氧化E=RT、ao =09 -In 还原+- ZF a氧化R=8.314J mol -1 - K-1F=96500C a为参与电极反应的物质的活度。纯固体物质的活度为1。W、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ZnS04(0.100moldm

5、-3)溶液。2、铜电极：用砂纸轻轻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。3、电池的组合及其电动势的测量(重复测量3次，取平均)3-1、Zn | ZnS04(0.1000M) II CuS04(0.100M) | Cu3-2、Zn | ZnS04(0.1000M) II KC1(饱和)| Hg2Cl2 | Hg3-3、Hg | Hg2Cl2 | KC1(饱和)II CuS04(0.1000M) | CuV、实验数据记录实测电动势(V)电动势平均值(V)电池3-1/Zn- Cu电池1.09381.

6、09391.09401.0939电池3-2/Zn-甘汞电池1.04741.04751.04761.0475电池3-3/甘汞-Cu电 池0.046730.046700.046690.0467w、实验数据处理1、由于使用标准氢电极不方便，实验测定时采用第二级的标准电极，用甘汞电极，参照 附录五的表V-5-24,根据甘汞电极的电极电势温度校正公式得实验温度为24C的电极电势为 0.2423V。2、由实验数据记录可知，甘汞电极在实验温度下的电极电势为0.2423V,实验测得Zn-甘O申Q右 9左申汞电池的电动势为1.0475V,则由 E= + =右左 可得 -=0.2423V-1.0475V= 0.8

7、052V，即锌电极的电极电势为一0.8052V；同理可得铜电极+ =0.2423V-0.0467V=0.2890V。3、据附录五的表 V-5-30,查找得 ZnS04(0.100moldm-3)和 CuS04(0.100 moldm-3)的平均活度系数 丫+=0.15，由于 a (Zn+) =Ym1, a (Cu+) =Ym2，则 a (Cu) =0.15, a (Zn) =0.15, 则-RT a9 =99 - ln 还原+- ZF 厂9 9由氧化可得，铜的99 = + + (0.0592/2) ln (1/Cu+) =0.3427V，同理可得锌的标准电极电势是一0.7515V。4、由书中7

8、0页公式可算得298K时铜电极标准电极电势为0.3427V,锌电极的标准电极 电势为一0.7514V。又查文献值知铜电极的标准电极电势为0.337V,锌电极的标准电极电势为 -0.7628V，则铜电极的绝对误差为(0.3427-0.337) /0.337X 100%=0.57%，锌电极的绝对 误差为(0.7514 0.7628)0.7628=1.14%。实验数据处理结果整理如下:电极电势(V)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0.28900.34270.34270.3370.0057锌电极-0.8052-0.7515-0.7514-0.

9、76280.0114W、实验思考问题1、电位差计、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：电位差计用来精确测量电动势；工作电源为电路提供电源电压；标准电池用以对 抗待测电池电动势，使电路中无电流通过，这时测出的两极的电势差就等于该电池的电动 势；检流计是检测微弱电量用的高灵敏度的机械式指示电表，用于电位差计中作为指零仪 表。测量过程中，检流计受到冲击，应迅速按下短路按钮，保护检流计。使用检流计时,此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除按按钮的时间要短，以防止过多的电量通过标准电池或被测电池，造成严重的极化现象, 破坏被测电池的可逆状态。2、参比电极应具备什么条件?

10、它有什么功用？答：参比电极必须是电极反应为单一的可逆反应，电极电势稳定和重现性好。通常多 用微溶盐电极作为参比电极。参比电极应不容易发生极化；如果一旦电流过大，产生极化, 则断电后其电极电势应能很快恢复原值；在温度变化时，其电极电势滞后变化应较小。参 比电极电极电位恒定，不随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化且容易制备。其主要作 用是代替标准氢电极测定电池电动势。3、若电池的极性接反了有什么后果？答：实验是使用对消法来测定电池电动势的，如果接反了回路的电压就无法回归到零, 就无法测定待测电池电动势。4、盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则？答:在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液

11、的直接接触，减免和稳定液接电位, 使液接电位减至最小以致接近消除。防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液 中影响其电极电位。作为盐桥使用的电解质的要求：（1）盐桥电解质不能与两端电极溶液发生化学反应；（2）盐桥电解质溶液中的正、负离子的迁移速率应该极其接近；（3）盐桥电解质溶液的浓度通常很高，甚至达到饱和状态。W、实验注意事项：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：本次实验利用电位差计，测定铜电极和锌电极的电极电势，实验测得铜的电极电势0.2890V, TK标准电极电势为0.3427V, 298K标准电极电势0.3427V,误差为0.57%。 同理得到锌电极的电极电势-0.8052V, TK标准电极电势为-0.7515 V, 298K标准电极电 势-0.7514 V,误差为 1.14%。实验关键是要将锌电极以及铜电极的表面摩擦干净，除去表面氧化层，在加入溶液 时注意U形管处不能出现气泡，否则要重新装液体。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。