电极制备和原电池电动势测定.doc

课 时 教 学 实 施 方 案 课程：物理化学实验 授课班级：12级化工1-3班 授课学期：2014-2015 学年1学期 课 题 电极制备和原电池电动势测定 计划学时 5 教 学 目 的 1、理解对消法测定电动势的原理； 2、掌握SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪及UJ-25型电位差计、检流计、标准电池的使用方法； 3、测定丹尼尔电池电动势，铜、锌电极的电极电势。 重 点 测定丹尼尔电池电动势，铜、锌电极的电极的准备 难 点 能斯特方程求电动势、电极电势 教具 准备 SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪铜、锌电极饱和甘汞电极、盐桥5个UJ-25型电位差计、饱和的KCl溶液、6 M的HNO3溶液、 M稀硫酸、0.1 M的CuSO4溶液、0.1 M的ZnSO4溶液、镀铜液 教 学 后 记 教 学 进 程 设 计 （包括教学要点、步骤、方法、时间安排及板书设计、作业布置等） 一、讲解实验原理内消法测定原理 20分钟 二、讲解SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪UJ-25型电位差计的使用方法 0分钟 三、铜、锌、饱和甘汞电极的准备 30分钟 四、电镀装置的使用 20分钟 五、 指导学生实验以及实验过程中的注意事项 30分钟 六、指导学生进行实验。 150分钟 作业布置：撰写实验报告 教 案 实验一：原电池电动势的测定及应用 一、实验目的 1、通过电动势的测定，了解对消法测电动势的基本原理、仪器构造和使用方法。 2、掌握SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪及UJ-25型电位差计、检流计、标准电池的使用方法； 3、测定丹尼尔电池电动势，铜、锌电极的电极电势 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，负极上则发生氧化反应，电池反应是电池中所有反应的总和。 电池除了可用作电源外，还可以用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： (式1-1) 式中是电池反应的吉布斯自由能增量；n为电极反应中电子得失数；F为法拉第常数；E为电池的电动势。从式中可知，测得电池的电动势E后，便可求得，进而又可求得其他热力学参数。但需注意，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进行，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，所涉及的电池应尽量避免出现液接界，在精确度要求不高的测量中，常用“盐桥”来减小液接界电势。 为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，一般采用电位差计测量电池的电动势。 1、对消法(补偿法)测电池电动势 可逆电池必须满足的条件之一是通过的电流为无限小。当有限电流通过 教 案 时，在电池内阻上要产生电位降，从而使得两极间的电位差较电池电动势为小。因此，只有在没有电流通过电池时两电极间的电位差才与电池电动势相等。之所以不能直接用伏特计来测量一个可逆电池的电动势，就是因为使用伏特计时必须使有限的电流通过回路才能驱动指针旋转，所得结果必然不是可逆电池的电动势，而只是不可逆电池两极间的电位差。 图1-1 对消法测量原理示意图 一般采用对消法测可逆电池的电动势，常用的仪器为电位差计。电位差计是按照对消法测量原理而设计的一种平衡式电压测量仪器。它与标准电池、检流计等相配合，成为电压测量的基本仪器。 图1-1是对消法测量原理示意图,其中Ew是工作电池，Rp是可变电阻，AC是均匀的滑线电阻，Es是标准电池，Ex是待测电池，G是检流计，K是换向开关。 ①工作电流回路，也叫电源回路。从工作电池正极开始，经滑线电阻AC，再经工作电流调节电阻Rp，回到工作电池负极。它的作用是借助于调节Rp使在AB上产生一定的电位降。 ②标准回路，也叫校准回路，是校准工作电流回路。从标准电池的正极开始(当换向开关K扳向Es一方时)，经滑线电阻上AB段，再经检流计G，回到标准电池负极。它的作用是用标准工作电流回路以标定AB上的电位降。借助于调节Rp，使G中无电流通过，此时AB段上的电位降与标准电池电动势相对消，大小相等而方向相反。 ③测量回路。从待测电池的正极开始(当换向开关K扳向Ex一方时)，经滑线电阻上AB(段，再经检流计G，回到待测电他负极。它的作用是用标定好了的滑线电阻AC上的电位降来测量未知电池的电动势。在保持校准后的工作电流I不变(即固定Rp)的条件