实验九 原电池电动势和电极电势测定.docVIP

实验九 原电池电动势和电极电势的测定 1 目的要求 (1) 测定Cu-Zn原电池的电动势及Cu、Zn电极的电极电势。 (2) 学会几种电极和盐桥的制备方法。 (3) 掌握可逆电池电动势的测量原理和EM-3C型数字式电位差计的操作技术。 2 基本原理 凡把化学能转变为电能的装置称为化学电源(或电池、原电池)。电池是由两个电极和连通两个电极的电解质溶液组成的。如图2.9.1所示。 把Zn片插入ZnSO4溶液中构成Zn电极，把Cu片插在CuSO4溶液中构成Cu电极。用盐桥(其中充满电解质)把这两个电极连接起来就成为Cu-Zn电池。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。 在电池中，每个电极都具有一定的电极电势。当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势，按照我们常采用的习惯，规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差。即： E=?+-?- (2.9.1) 式中：是原电池的电动势。?+ 、?-分别代表正、负极的电极电势。其中： (2.9.2) (2.9.3) 在式(2.9.2)、(2.9.3)中：?+、?-分别代表正、负电极的标准电极电势。R=8.134J.mol-1.K-1。T是绝对温度。Z是反应中得失电子的数量。F=96500C，称法拉第常数。α氧化为参与电极反应的物质的还原态的活度。 对于Cu-Zn电池，其电池表示式为： Zn|ZnSO4(m1)||CnSO4(m2)|Cu 其电极反应为： 其电池反应为： 其电动势为： (2.9.4) (2.9.5) (2.9.6) 在式2.9.5和2.9.6中，Cu2+, Zn2+的活度可由其浓度mi和相应电解质溶液的平均活度系数γ±计算出来。 (2.9.7) (2.9.8) 如果能由实验确定出和则其相应的标准电极电势和 即可被确定。 怎样测定Cu电极和Zn电极的电极电势呢?既然电池的电动势等于正、负极的电极电势之差，那么我们可以选择一个电极电势已经确知的电极，如Ag-AgCl电极，让它与Cu电极组成电池该电池的电动势为： (2.9.9) 因为电动势E可以测量，?AgCl，Ag已知，所以可以被确定，进而可由式2.9.5求出 用同样方法可以确定Zn电极的电极电势，和标准电极电势，让Zn电极与Ag-AgCl电极组成电池Zn|ZnSO4(m1)||KCl(1mol·kg-1)|AgCl-Ag：。该电池的电动势为： (2.9.10) 测量E, ?AgCl,Ag已知，可以确定，进而可由2.9.6式求出 本实验测得的是实验温度下的电极电势?T和标准电极电势?0T，为了比较方便起见，(和附录中所列出的?0298比较)，可采用下式求出298K时的标准电极电势?0298，即 (2.9.11) 式中α、β为电池中电极的温度系数。对Cu-Zn电池来说： Cu电极：· Zn电极：·· 关于电位差计的测量原理和EM-3C型数字式电位差计的使用方法，见本书物理化学实验规范EM-3C型电位差计的使用说明。 3 仪器 试剂 EM-3C型数字式电位差计 毫安表 恒温槽一套 镀AgCl池 Cu、Zn电极 Ag-AgCl电极 Pt电极