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1、实验11 原电池电动势的测定和应用一、实验目的1. 掌握对消法测定原电池电动势的原理和方法。2. 了解电动势测定的应用。3. 熟悉精密电位差计和标准电池的使用。二、实验原理可设计成原电池的化学反应,发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极,发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极,两个半点池组成一个原电池。电池的书写习惯是左方为负极,即阳极,右方为正极,即阴极。符号“|”表示两相界面,液相与液相之间一般加上盐桥,以符号“ ”表示,。如电池反应是自发的,则其电动势为正,等于阴极电极电势与阳极电极电势 之差,即 以铜-锌电池为例。铜-锌电池又称丹尼尔电池(Daniell cell),是一种典型的原
2、电池。此电池可用图示表示如下: 左边为阳极,起氧化反应 其电极电势为右边为阴极,起还原反应 其电极电势总的电池反应 原电池电动势= 、分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势,和分别为 和的离子活度。本实验所测定的三个电池为:整理为word格式 1原电池 阳极电极电势 阴极电极电势 原电池电动势 2原电池 阳极电极电势 阴极电极电势 原电池电动势 其中 稀水溶液中浓度可近似取浓度的数值。3. 原电池 阳极电极电势 阴极电极电势 原电池电动势 = 即 由此可知,只要测出原电池3的电动势,就可计算出待测溶液(缓冲溶液)的pH值。 测定可逆原电池的电动势常采用对消法(又称补偿法),其原理和方法在附录1
3、、2、3中作了详细的介绍。通过原电池电动势的测定,还可以得到许多有用的数据,如离子活度等。特别是通过测定不同温度下原电池的电动势,得到原电池电动势的温度系数整理为word格式,由此可求出许多热力学函数,如计算相应电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变,摩尔反应焓及摩尔反应熵 等。 如果电池反应中,反应物和生成物的活度均为1,温度为,则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准、和。利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势,因此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数、 等比用量热法或化学平衡常数法求得的热力学数据更为准确可靠。原电池设计与制造的难度主要是电极的制备,所以对一些常用电极的制备方法作
4、一些了解还是很有必要的(详见附录5)。三、仪器和药品ZDWC数字电位差计(含附件)1台0.01 mol.dm-3 AgNO3溶液标准电池1个0.1 mol.dm-3 KCl溶液甘汞电极(饱和)1支0.2 mol.dm-3 HAc溶液银-氯化银电极1支0.2 mol.dm-3 NaAc溶液光铂电极1支醌氢醌固体粉末(黑色)银电极1支KNO3盐桥3个吸耳球1个100 ml烧杯1个洗瓶1个50 ml广口瓶3个饱和氯化钾溶液10 ml移掖管3支 图11.1 ZD-WC数字电位差计; 左图为全图,右图为操作面板四、实验步骤1完成电位差计与检流计、标准电池、工作电池的接线工作,经教师检查无误后,进行工作电
5、流“标准化”操作,并熟悉仪器使用方法。整理为word格式2取一广口瓶 ,洗净后,用少许0.01 mol.dm-3 AgNO3溶液连同银电极一起淌洗, 然后装入0.01 mol.dm-3 AgNO3溶液约1/3,插入银电极 ,作为阴极。插在装有飽和氯化钾溶液的广口瓶中的甘汞电极作为阳极,将盐桥(1)插入构成二电极的溶液中,组合成一个原电池。接入电位差计(注意+、-),测原电池的电动势。测完后,银电极(阴极)的电池溶液不要倒掉,留作制备下一个电池(2)使用。3在淌洗过的广口瓶中装入约1/3的0.1 mol.dm-3 KCl溶液,并插入银-氯化银电极,作为阳极。用盐桥(2)将银-氯化银电极(阳极)和
6、电池(1)中已制备好的银电极(阴极)组合成一个原电池。测其电动势。4取10 ml 0.2 mol.dm-3 HAc溶液及10 ml 0.2 mol.dm-3 NaAc溶液放入淌洗过的广口瓶中,再加入少量的 醌氢醌固体粉末(黑色),而后插入光铂电极,作阴极。架上KNO3盐桥(3),同饱和甘汞电极(阳极)组合成一个原电池。测其电动势。五、注意事项1测定时特别注意标准电池不要摇动、倾斜,以防液体互混使电动势变化。2在工作电流“标准化”或测定未知电动势时,要瞬时按下电键而不能长时间按。3.测原电池的电动势时,注意随时进行工作电流“标准化”的校正。六、实验记录室温 22.0 , 大气压 100.20 原
7、电池电池反应E测量E计算误差12Ag+2Cl-+2Hg=Ag+Hg2Cl20.438090.438830.167%2Ag+Cl-=AgCl0.393030.392860.043%32H+Q+2Hg+2Cl-+2Hg=Hg2Cl2+H2Q0.178720.179620.502%七、数据处理1. 计算待测电池电动势:E1E+E- E+qRT/Flna(Ag+) E-0.7990.00097(2225)+8.314/96485(22+273.15)ln(0.90.01)(0.2410.00076(2225)0.43883 V误差(E测量E计算)/E计算100%(0.438090.43883)/0.4
8、3883100%0.167%E2 E+E-= E+qRT/Flna(Ag+) E-qRT/Flna(Cl-)0.7990.00097(2225)+8.314/96485(22+273.15)ln(0.90.01)(0.22210.000645(2225)8.314/96485(22+273.15)ln(0.770.1)0.39286 V误差 (0.393030.39286)/0.39286100% 0.043%在0.1 M HAc与0.1 M NaAc溶液中,设电离平衡时H+x,则整理为word格式HAc H+ + Ac-电离平衡时 0.1-x x 0.1+xKcq1.7410-5x(0.1+
9、x) / (0.1x),解得 x1.7410-5,所以 pH=log a(H+)log(1.7410-5)4.759E3EqQ/H2Q+RT/Flna(H+) E-0.69940.00074(2225)+8.314/96485(22+273.15)ln(0.0000174)0.2410.00076(2225)0.179622 V误差 (0.178720-0.179622) / 0.179622100%0.502%3 待测溶液pH值:pHEqQ/H2Q0.00074(t25) E-q0.00076(t25)/(2.303RT/F)4.77八、思考题1. 用测电动势的方法求热力学函数有何优越性?答
10、:电动势测定法比其它方法(例如量热法)更精确,误差更小。2. KNO3盐桥有何作用,如何选用盐桥以适应各种不同的原电池?答:将液接电势降低到最小的作用。盐桥中的盐浓度尽量大(一般用饱和溶液),正负离子迁移数接近,与电池中的电解质不发生反应。KNO3的在水中的溶解度很大,正负负离子迁移数接近,与大多数电解质不发生反应。3. 在工作电流“标准化”和测量电动势过程中,为什么按键不能长时间按下?答:因为接通电路后就会有电流通过,则电极就会发生极化,电极电势与电池电动势就会偏离平衡值,而实验需要测定的是平衡电动势,所以不能长时间接通电路。4. 本实验中,甘汞电极如果采用0.1或1.0 mol.dm-3的
11、KCl溶液,对原电池电动势的测量有否影响?为什么?答:有。根据Nernest方程,电解质浓度对电池电动势有影响。5. 标准电池有什么用途?答:工作电流标准化。6. 参比电池应具备什么样的条件?答:电动势稳定,在大电流下也不任意极化。九、对消法原理图11.2 对消法测电动势原理图A工作电池;R可变电阻;ab滑线电阻;c,c滑动接触点;ES标准电池;r高值电阻;EX被测原电池;G检流计;K1换向开关;K2细调开关;K3粗调开关。原电池的电动势不能直接用伏特计来测量,因为原电池与伏特计相接后,便成了通路,有电流通过,使电极产生极化,破坏了原电池的电化学可逆状态,使原电池的电动势不能保持稳定,且原电池
12、本身有内阻,所以伏特计所测量得的只是原电池的端电压,而非原电池的电动势。只有在通过原电池的电流无限小时(无液体接界电位),所测得两极的电势差才是该原电池的电动势。整理为word格式测定可逆原电池电动势常用对消法(又称补偿法)。原理如图11.2所示。图11.2中ARbaA为工作电路,cBGcc为测量电路。在工作电路中以工作电池A供给电流I,通过滑线电阻ab。若将待测原电池之电动势EX(其电动势必须较A的电动势小些)与移动点c、c间滑线电阻并联,移动c、c点,直到检流计G的光点不发生偏转,即原电池EX中无电流通过。此时 式中RX为cc段电阻。如果事先使电流I调为某定值,则。在电位差计中,ab由一系
13、列阻值准确的电阻组成,只要滑动点c、c位置确定,RX的阻值就确定可知,则EX可得知。为使工作电流等于给定值,须要利用标准电池ES。标准电池的电动势是已知的。例如某标准电池在实验温度下的电动势为1.01863V,要求工作电流I为0.100000 mA,我们将滑动点c、c之间的阻值调为10186.3,将换向开关K1扳到ES一边,如果检流计光点不动(示零),则工作电流恰为0.100000 mA。如果检流计光点偏转,则调节可变电阻R,直到光点不偏转。这一步骤称为标定工作电流,即工作电流的“标准化”。用补偿法原理测电动势所用仪器称为电位差计。电位差计根据其测量范围和精度,有多种型号。 友情提示:本资料代表个人观点,如有帮助请下载,谢谢您的浏览! 整理为word格式