电池电动势综述-副本.docVIP

原电池电动势测定的讨论

周韬连旭吴凯来潘日晃庞家骅饶培榕

摘要：本文介绍了测定原电池电势的几种方法，具体包括补偿法、高阻抗法和一种新方法。另外还介绍了测定电解质活度系数的方法。

关键词：电池电动势，补偿法，高阻抗法，活度系数。

1前言

电池电动势的测量必须在可逆条件下进行，否则就没有热力学价值。所谓的可逆，就是要求电池反应可逆和在测量电动势时电池几乎没有电流流过。

宋江闯[1]等人在“高阻抗法测定原电池电动势及其温度系数”中用高阻抗的方法对原电池的电动势进行了测定。该种方法的优点是实验测定误差较小。

雷群芳[2]主编的《中级化学实验》则采用补偿法对原电池的电动势进行了测定。这种方法的优势在于对实验仪器的要求并不是十分高。

朱湘柱[3]等人在“测量可逆电池电动势的一种新方法”中提到了一种应用MOS集成电路测定可逆电池的电动势的新方法。更新了传统的测量原理与方法，提高了测量的精度,而且也简化了测量步骤。

用测定电动势的方法，又引出了测定电解质溶液活度系数的实验。活度系数并不是通常情况下作为浓度的校正因子，而是溶液中组分自身的物理化学性质的体现，其具有明确的物理化学意义。对于非理想溶液，活度往往比浓度更加体现了物质的物理化学性质。特别是对于溶质而言，通过测定活度甚至可以反映指定溶剂下离子之间及离子与溶剂分子之间的相互作用，这对离子溶剂化、离子缔合及溶液结构改变的理论研究及其应用具有重要的意义[4]。

2测定方法

2.1补偿法测定原电池电动势

图SEQ图\*ARABIC1补偿法测定原电池电动势线路图

图SEQ图\*ARABIC1补偿法测定原电池电动势线路图

工作电流回路：工作电池Ew的政绩流出工作电流，经过滑动变阻器Rp、滑线电阻

标准回路：连接电路后，闭合K，将SW合向Es端，用以标定工作电流。通过调节R

E

测量回路：将SW合向Ex端（电测电池）。保持Rp不动（工作电路中的电流不变），调节C的位置至

U

E

图2UJ-25型直流电位差计图2为UJ-25型直流电位差计。将标准电池从图中有“标准”字样的接口接入，AB为标准电池电动势的温度补偿旋钮。按图1将电位差及接入电路。图2左边的转换开关2指向x2时即代表图1中的SW接向Ex。左下角的“粗、细、短”代表图1中国的K，“粗”指通过保护电阻γ接通G，“短”用来将其短路，当反电势与Ex不能对消时用来保护检流计。上面的“粗、中、细”相当于图1中的Rp，调节这几个旋钮实现工作电流标准化，即当调整到检流计示数为0时，工作电流为0.1mA。中间6只旋钮，下方都有“×10-1、×10-2”等字样，在测定Ex时通过调节这几个旋钮使检流计实示数

图2UJ-25型直流电位差计

2.2高阻抗法测定电池电动势

在高阻抗测定方法中，高阻抗电压表和原电池串联，其总电阻R=RT+Re，其中RT为电压表阻，Re为原电池电压降，误差为

电池由正负两个电极组成，当电池放电时有电流通过从负极到正极的电池的每个相界面，而电动势E则是电流I=0时电池各相界面上电位差的代数和，最后得出：E=φ+-φ-，其中φ+是正极的电极电势，φ-是负极的电极电势。本实验选择饱和甘汞电极和锌电极组成的原电池，其电池组成为Zn(s)|ZnCl2(0.1mol

因为E

所以φ

且φZn

测定不同温度t下的E测，饱和甘汞电极的电极电势可计算，从而可求出φθZn2+

2.3MOS集成电路测定可逆电池的电动势[3]

使用场效应晶体管将其接成放大电路,用待测电池作为输入电压,再用伏特计测出输出电压,最后用输出电压除以放大倍数即可得到待测电池的电压,这就是测量的简单原理。然而,由于场效应晶体管的温度漂移较大,一般可达到几百微安,这就影响了测量精度。如要提高测量精度,必须抑制温度漂移。现代电子技术给我们提供了有效的办法。我们选用上海无线电五厂生产的第四代高精度、低漂移的CMOS集成电路5G7650作为放大器用来测量电池的电动势,具体电路如图3所示。

由图3可知,5G7650被接成一闭环同相放大器,待测电池的电动势Ex由同相端5输入,经放大后由10端输出。输出电压Vout由伏特计V测出,则Ex=Vout/Auf式中Auf为放大器的闭环电压放大倍数,它可由式子Auf=(1+R3/R1)×(1+R7/R

E00从5端输入,测出10端的输出电压V00,则Aut=V00/

E

上式即为使用MOS集成电路(包括单管分立元件的放大电路)测量电池电动势的基本原理与公式。

2.4电解质溶液活度系数测量

2.4.1电动势法

根据Nernst方程，对于给定电极，若电极氧化