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1、实验三电动势的测定1. 实验内容本实验以饱和甘汞电极为参比电极来测量铜和锌的电极电势，并且以饱和KCl溶液为盐 桥测定两种电池的电动势。2. 目的要求（1）通过实验了解可逆电池、可逆电极和盐桥等电化学概念。（2）了解电位差计的测量原理和使用方法。3. 实验关键（1）电极制作中其表面要处理好。（2）盐桥两端要形成凸面，管中不得有气泡。（3）标准电池和甘汞电极要轻拿轻放。4. 预备知识（1）电池：是将化学能转化为电能的装置，由正（阴）极、负（阳）极组成，正极电 势电势比负极高，所以存在电势差。（2）可逆电池必须具备的条件：首先，电极必须是可逆的，即一方面，当相反方向的 电流通过电极时，电极反应必须
2、随之逆向进行，电流停止，反应亦停止；另一方面，要求通 过电极的电流无限小，电极反应在接近化学平衡条件下进行，除此之外，在电池中所进行的 其他过程也必须是可逆的。（3）盐桥：液体接界电势是由于溶液中离子扩散速度不同而引起的电势差。为了减少 液体接界电势，通常在两液体之间连接一个高浓度的电解质溶液，即盐桥。作为盐桥的电解 质其正负离子应具有相近的迁移数，使扩散作用主要出自盐桥，从而使液体接界电势降到最 低值。5. 实验原理电极电势的大小与电极的性质和溶液中有关离子的活度有关（从某种角度讲，活度与 浓度的概念等同。）以铜锌电池为例：E = E 0 一 m cu+ cu 2 F aCu 2 +E =
3、E 0 一 m azn- zn 2 F aZn 2+-设 Ee = Ec - Ez , aC = a= 1 (固体活度为 1)RT a贝有E = Ee m- Zn 2+2 F aCn 2+E%和E分别为铜电极和锌电极的标准电极电势，E%=0.3400V, E0 =-0.7630 (均 在25，标准态压力P如100KPa下测定)，其值大小由构成电极物质的性质所决定，体现构 成电极的物质氧化还原性质，其值越大，得电子能力越强，氧化性越强。电极电势的绝对值 至今无法测定，而只能测其以标准氢电极(Ph = 100KPa,a = 1)为零参考点的相对值， 但由于使用氢电极不方便，常采用饱和甘汞电极为参比
4、电极，本实验采用此电极来测量铜与 锌这两个电极的电极电势。6. UJ-25型电位差计与检流计的工作原理我们所测量的电池电动势是可逆电池的电动势，因此不能直接用伏特计去测量，这点必 须清楚，因为：(1) 电池与伏特计接通后有电流通过，电池内就会发生电化学变化，电极被极化，则 所测值就不是在可逆条件下测得的。(2) 电流不断流出，电池中溶液浓度不断变化，因而电位也不断变化。(3) 电池本身内有电阻，用伏特计所测值只是电动势的一部分，称为电位降，而不是 该电池的电动势。由上述分析可知，对仪器工作原理设计时，必须在无电流或极小电流通过电池，此时 所测电位差才是电池真正的电动势。7. 仪器、药品及材料U
5、J-25型电位差计1台，光电检流计1台，U型管4个，表面皿1个，50mL烧杯3个， 250mL的烧杯1个、400mL的烧杯1个，干电池2个，饱和甘汞电极1个，标准电池1个； 0.1000 mo1.L-1CuSO4 溶液，0.0100 mo1.L-1CuSO4 溶液，0.1000 mo1.L-1ZnSO4 溶液，饱和 KCI 溶液，饱和Hg2(NO3)2溶液，镀铜溶液，稀H2S04溶液，6mo1.L-1HNO3溶液；琼脂。8. 实验步骤8.1电极制备(1)锌电极 用肥皂或去污粉，洗去Zn片上的油污，再用洗净的小烧杯盛稀硫酸浸 洗锌片表面上的氧化层，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗，然后浸在饱和硝酸亚
6、汞溶液中0.5s使其汞齐化。取出后用滤纸擦亮其表面，并用蒸馏水洗净（汞有剧毒，用过的滤纸应投 入指定的废液缸内，不要随便乱丢），再用少许0.1000 mol.L -1 ZnSO4溶液洗2次后插人盛 有0.1000 mol.L-iZnSO4溶液的小烧杯内待用，没有汞齐化的部分不要浸入溶液中。汞齐化 的目的是消除金属表面机械应力不同的影响，使它获得重现较好的电极电势。（2）铜电极 用肥皂或去污粉洗去Cu片的油污，再将铜片在硝酸（约6 mol-L-i）内浸洗 片刻，取出后冲洗干净，再镀一层铜于其表面上，方法如下：将2个铜片连在一起作为阳极， 另取一铜片作为阴极，在镀铜溶液中进行电镀，电流密度为10m
7、Acm-2，电镀150min。镀 好后用蒸馏水冲洗，再用少许0.1000 mo1.L-1CuSO4溶液冲洗2次，然后插入盛有0.1000 mol.L-1CuSO4溶液的小烧杯中待用。没有电镀的部分，不要浸入溶液中。8.2饱和KCl盐桥的制备 用90mL蒸馏水加入约1.5s琼脂（不要过多）加热使之溶解后再 加入30gKCl，待其溶解后趁热用滴管沿管壁将溶液装入U型管中（注意：管中不得有气泡！） 静止冷却，待凝结后即可使用。共做4个。8.3测量电池的电动势（1）接好电动势的测量电路，小必轻放标准电池和甘汞电极，夹Cu片和Zn片的夹子 不要接触溶液。（2）室温下标准电池的电动势由下式求得：（t为室温
8、）Et = E 20 1 - 4.06 x 10 -5 （t - 20） - 9.5 x 10 -7（t - 20）2（3）按计算所得标准电池电动势标定电位差计的工作电流。（4）测量下列各电池电动势Z汨 ZnSO4（0.1000mol.L-1） II CuSO4（0.1000mol.L-1） I Cu Zn I ZnSO4（0.1000mol.L-1） II KCl（饱和）,Hg2Cl2 I Hg Hg I Hg2Cl2,KCl（饱和）II CuSO4（0.1000mol.L-1） I Cu CuSO4（0.1000mol.L-1） II CuSO4（0.1000mol.L-1） I Gu 各
9、个电池都要静置1015 min，待电极与溶液达到平衡后，才能测得稳定的值，如果碰 动或搅动了，要重新静置。标准电池、甘汞电极扰动了，要数小时才能平衡，更需注意轻拿 轻放。为了防止电池组成和浓度发生变化，溶液和盐桥都不得引进杂质;按电键必须由粗到细， 快按快放！工作电池的电势随时间在变化，因此每次测定前要校正，特别是电池电能不足和开始工 作不久更需注意。为了减少工作电池的消耗，不测时应断开电路。8.4结果与处理(1) 根据E=0.2415-7.6x10-4(T-298)计算室温时饱和甘汞电极的电极电势。(2) 根据电池电动势的实验值分别计算出锌和铜的电极电势。9.思考题(1) 为什么不能用电压表去直接测量电池的电动势？(2) 使用标准电池应注意些什么？
