实验十 原电池电动势的测定处理.doc.temp.docVIP

原电池电动势的测定及其应用 Ⅰ、目的要求 1、测定Cu—Zn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（SCE）、洗耳球、小烧杯、细砂纸 、ZnSO4(0.100moldm-3),CuSO4(0.100 moldm-3) ，KCl(0.100 moldm-3),饱和KCl溶液，稀硫酸、稀硝酸。 Ⅲ、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)。对定温定压下 的可逆电池而言: (ΔrGm)T，P? =? -Nfe ????????????????????????(1) ???????????????????????? (2) ???????? (3) 式中，F为法拉弟(Farady)常数;n为电极反应式中电子的计量系数;E为电池的电动势。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，亦即允许通过电池的电流为无限小。 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，常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也可满足通过电池电流为无限小的条件。 可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为φ+，负极电势为φ—，则: E=φ+－φ— 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(标准氢电极是氢气压力为101325Pa，溶液中 为1)，其电极电势规定为零。将标准氢电极与待测电极组成一电池，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。 下面以铜锌电池为例：对铜电极可设计电池如下: Zn(S)｜ZnSO4(a1)‖CuSO4(a2)｜Cu(S) 正极（铜电极）的反应为: Cu + 2e → Cu 负极（锌电极）的反应为: Zn → Zn + 2e 电池反应： Cu + Zn →Zn + Cu 相应的电极电势分别为：φCu/Cu =φ0Cu/Cu — （RT/2F）ln（aCu / aCu） φZn/Zn =φ0Zn/Zn — （RT/2F）ln（aZn / aZn） 所以，铜锌电池的电动势为E =φCu/Cu —φZn/Zn 　　　　= [φ0Cu/Cu —φ0Zn/Zn ] —（RT/2F）ln（aCu aZn）/（aCuaZn） 　　　= E0 —（RT/2F）ln（aCu aZn）/（aCuaZn） 纯固体的活度为1，所以，上式变为：E = E0 —（RT/2F）ln（aZn）/（aCu）电池电动势不能用伏特计来直接测量，因为当把伏特计与电池接通后，由于电池的放电，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的真正的电动势。　　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。这时的电势差是电池的电动势。 Ⅳ、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ZnSO4(0.100moldm-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。 二、电池的组合及其电动势的测量（重复测量3次，取平均） 1、 Zn│ZnS04(0.1000M)‖CuS04(0.100M)│Cu 2、 Zn│ZnS04(0.1000M)‖KCl(饱和)│Hg2Cl2│Hg 3、 Hg│Hg2Cl2│KCl(饱和)‖CuS04(0.1000M)│Cu 实验装置图： Ⅴ、数据记录和数据处理 实验温度：29℃ 实验气压：100.93KPa 饱和标准电池A：1018.0mV E20=1.01864V 饱和标准电池B：1018.0mV E20=1.01862V 仪器误差：（1018.64+1018.62）/2-1017.95