实验十八电极制备及电动势的测定.docVIP

实验十八 电极制备及电动势的测定 一、目的 1．学会铜电极、锌电极和甘汞电极的制备和处理方法。 2．掌握电势差计的测量原理和测定电池电动势的方法。 3．加深对原电池、电极电势等概念的理解。 二、基本原理 电池由正、负两个电极组成，电池的电动势等于两个电极电势的差值。 式中是正极的电极电势；是负极的电极电势。 以Cu－Zn电池为例，电池符号 负极反应 正极反应 电池中总的反应为 Zn电极的电极电势 Cu电极的电极电势 所以Cu－Zn电池的电池电动势为 纯固体的活度为1 所以 在一定温度下电极电势的大小决定于电极的性质和溶液中有关离子的活度。由于电极电势的绝对值不能测量，在电化学中，通常将标准氢电极的电极电势定为零，其他电极的电极电势值是与标准氢电极比较而得到的相对值。即假设标准氢电极与待测电极组成一个电池，并以标准氢电极为负极，待测电极为正极，这样测得的电池电动势数值就作为该电极的电极电势。由于使用标准氢电极条件要求苛刻，难于实现，故常用一些制备简单、电势稳定的可逆电极作为参考电极来代替，如甘汞电极、银一氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得到的电势值已精确测出，在物理化学手册中可以查到。 电池电动势不能用伏特计直接测量。因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断改变，因而电动势值也会发生变化。另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势。电势差计是可以利用对消法原理进行电势差测量的仪器，即能在电池无电流（或极小电流）通过时，测得其两极的电势差。这时的电势差就是电池的电动势。 另外，当两种电极的不同电解质溶液接触时，在溶液的界面上总有液体接界电势存在。在电动势测量时常应用“盐桥”使原来产生显著液体接界电势的二种溶液彼此不直接接界，降低液体接界电势到毫伏数量级以下。用得较多的盐桥有KCI（3 mol．L-1或饱和）、KNO3、NH4NO3等溶液。 三、仪器和试剂 电势差计1台； 检流计1台； 标准电池1只； 低压直流电源1台； 滑线电阻（2000?）1只； 电流表（0—50mA）1只； 干电池（1.5V）2节； 电线若干； 铜电极1支 锌电极1支； 铂丝电极2支； 铜片1块； 电极管3只； 电极架3只； 镊子 1只； 针筒（1 mL）1只； 烧杯（50mL）3只 氯化钾溶液（饱和） 硫酸锌溶液（010）0＿l．LI）； 硫酸铜溶液（0.1000mol.L-1）； 硝酸亚汞溶液（饱和）； 纯汞; 稀硫酸（3mo1.L-1）; 稀硝酸（6 mol.L-1） 镀铜溶液（100mL水中溶解15g CuSO4.5H2O、5g H2SO4、5g CH3COOH）。 四、操作步骤 电极制备 （1）锌电极：先用稀硫酸（约3mol．L+-1）洗净锌电极表面的氧化物，再用蒸馏水淋洗，然后浸人饱和硝酸亚汞溶液中3—5秒钟，用镊子夹住一小团清洁的湿棉花轻轻擦拭电极，使锌电极表面上有一层均匀的汞齐，再用蒸馏水冲洗干净。（用过的棉花不要随便乱丢应投人指定的有盖广口瓶内，以便统一处理。）把处理好的电极插人清洁的电极管内，并塞紧将电极管的虹吸管口浸人盛有0.1000mol.L-1ZnSO4溶液的小烧杯内，用针简自支管抽气，将溶液吸人电极管直至浸没电极略高一点，停止抽气，旋紧螺旋夹。电极装好后虹吸管内（包括管口）不能有气泡，也不能有漏液现象。 （2）铜电极：先用稀硝酸（约6mol.L-1）洗净铜电极表面的氧化物，再用蒸馏水淋洗然后把它作为阴极，另取一块纯铜片作为阳极，在镀铜溶液内进行电镀。其装置如图18－1所示。电镀的条件是：电流密度25mA.cm-2左右，电镀时间20—30分钟。电镀铜溶液的配方见仪器与试剂部分。 （3）甘汞电极：甘汞电极的制备方法一般有研磨法和电解法两种。本实验采用电解法。首先在电极管中装人纯汞，汞的量要使汞面达到电极管的粗管部分以使汞有较大的表面。插入铂丝电极（铂丝电极需全部插人汞中），并吸人饱和KCl溶液。将电极管如图18－2装置后以另一铂丝电极为阴极进行通电，控制电流到铂丝电极上有气泡逸出即可。通电时间约30分钟，使汞面上镀一薄层甘汞。随后取下电极管，以饱和KCI溶液轻轻冲几次，再装满即为饱和KCl甘汞电极。 其他浓度的甘汞电极亦可按同法制备，但KCI溶液的浓度需相应变化。此外，市场上