实验讲义- 活度系数、电极充放电.doc

活度系数的测定实验五 电解质溶液活度系数的测定一、实验目的1、掌握用电动势法测定电解质溶液平均离子活度系数的基本原理和方法。2、通过实验加深对活度、活度系数、平均活度、平均活度系数等概念的理解。二、基本原理活度系数是用于表示真实溶液与理想溶液中任一组分浓度的偏差而引入的一个校正因子，它与活度a、质量摩尔浓度m之间的关系为： (1)在理想溶液中各电解质的活度系数为1，在稀溶液中活度系数近似为1。对于电解质溶液，由于溶液是电中性的，所以单个离子的活度和活度系数是不可测量、无法得到的。通过实验只能测量离子的平均活度系数，它与平均活度 、平均质量摩尔浓度之间的关系为： (2)平均活度和平均活度系数测量方法主要有：气液相色谱法、动力学法、稀溶液依数性法、电动势法等。本实验采用电动势法测定ZnCl2溶液的平均活度系数。其原理如下：用 ZnCl2 溶液构成如下单液化学电池：该电池反应为：其电动势为： (3) (4)根据： (5) (6)得： (7)式中： ，称为电池的标准电动势。可见，当电解质的浓度m为已知值时，在一定温度下，只要测得 E 值，再由标准电极电势表的数据求得，即可求得 。值还可以根据实验结果用外推法得到，其具体方法如下：将代入式（7），可得： (8)将德拜-休克尔公式： 和离子强度的定义： 代入到式（8），可得： (9)可见，可由 图外推至 时得到。因而，只要由实验测出用不同浓度的ZnCl2 溶液构成前述单液化学电池的相应电动势E值，作 图，得到一条曲线，再将此曲线外推至 m=0，纵坐标上所得的截距即为。三、仪器及试剂 仪器 LK2005A型电化学工作站（天津兰力科化学电子公司），恒温装置一套，标准电池，100 ml容量瓶6只，5 ml和10 ml移液管各 1支，250 ml和400 ml 烧杯各 1 只，Ag/AgCl电极，细砂纸。 试剂 ZnCl2（A.R），锌片。 四、操作步骤 1、溶液的配制：用二次蒸馏水准确配制浓度为 1.0 mol.dm-3 的ZnCl2 溶液 250ml。用此标准浓度的 ZnCl2 溶液配制 0.005、0.01、0.02、0.05、0.1 和 0.2 mol.dm-3 标准溶液各 100 ml。1、 控制恒温浴温度为 25.00.2 。3、将锌电极用细砂纸打磨至光亮，用乙醇、丙酮等除去电极表面的油，再用稀酸浸泡片刻以除去表面的氧化物，取出用蒸馏水冲洗干净，备用。4、 电动势的测定：将配制的 ZnCl2 标准溶液，按由稀到浓的次序分别装入电解池恒温。将锌电极和Ag/AgCl电极分别插入装有ZnCl2 溶液的电池管中，用电化学工作站中的开路电位-时间曲线法分别测定各种在 ZnCl2 浓度时电池的电动势。5、实验结束后，将电池、电极等洗净备用。五、结果与讨论1、 将实验数据及计算结果填入表1。表1不同浓度ZnCl2时测得的电池电动势实验温度： 大气压：1、 以 为纵坐标， 为横坐标作图，并用外推法求出。2、 通过查表计算出的理论值，并求其相对误差。3、 应用式（9）计算上列不同浓度ZnCl2 溶液的平均离子活度系数，然后再计算相应溶液的平均离子活度 和ZnCl2 的活度，并填入上表中。六、注意事项1、测量电动势时注意电池的正、负极不能接错。 2、锌电极要仔细打磨、处理干净方可使用，否则会影响实验结果。3、Ag/AgCl电极要避光保存，若表面的AgCl层脱落，须重新电镀后再使用。4、在配置ZnCl2溶液时，若出现浑浊可加入少量的稀硫酸溶解。七、思考题1、为何可用电动势法测定 ZnCl2 溶液的平均离子活度系数2、配制溶液所用蒸馏水中若含有 Cl-，对测定的E 值有何影响3、影响本实验测定结果的主要因素有哪些？分析E0的理论值与实验值出现误差的原因。电极充放电曲线实验六 铅蓄电池及其电极充放电曲线的测定一、实验目的 1、测定铅蓄电池在常温下电池的充放电曲线 。2、掌握在电池放电情况下测定单电极电势的方法。 3、分析铅蓄电池单电极放电曲线，了解正负极电势下降的特点，进而讨论引起铅蓄电池失效的原因。 二、基本原理 1、铅蓄电池的工作原理 铅蓄电池是一种二次电池，其负极为海绵状铅，正极为二氧化铅，隔板为微孔塑料板或橡胶板，电解液为稀硫酸，其电池结构为 Pb|H2SO4（溶液）|PbO2 当电池充放电时，正、负极分别发生下列电化学过程： 负极： 正极： 总的电池反应为：电池电动势为： 由式（1）可以看出电池电动势随充电时H2SO4浓度的增加而升高，放电时随H2SO4浓度变稀而降低。 铅蓄电池实际充、放电过程中两极间的电势差值常和上式算出的不一致，这主要是因为电极反应过程中有极化现象存在，这种极化来自电极表面电荷的积累、浓度的变化以及电极或溶液内阻等多方面因素。在低温时，这种极化现象表现得尤为显著。2、电池的充、放电曲线 在给定充电或放电条件下（恒流或恒阻），所测得的电池充电（或放电）电压随充电时间（或放电时间）的变化称为电池的充电（或放电）曲线。若所测得的充电（或放电）曲线是单电极电势相对于某一参比电极变化，则称此种曲线为单电极的充电（或放电）曲线。 三、仪器与试剂 仪器 LK2005A电化学工作站（天津兰力科化学电子公司） 1台；2A.h铅蓄电池塑料外壳 1只； 容量为1A.h正极板 1块 ；容量为1A.h负极板 1块； 蓄电池用塑料隔板 1块 ；Hg-Hg2SO4参比电极 两只 试剂 H2SO4溶液（4.5mol.dm-3） 四、实验步骤 1）、将蓄电池的正、负极板装入矩形塑料电池槽，中间插入电池隔板，随后注入4.5 mol.dm-3 H2SO4溶液，至淹没极板为止。 2）、接好电池充放电曲线的测试线路，选择恒电流测试。 3）、调节电化学工作站的给定电流值，将充电电流调节至0.5A，即可记录出电池的恒电流曲线，当充电电压出现突变时；可观察到氢气和氧气大量析出，这标志着充电已到终点。此时电压约为2.7V或略高些。关掉充电电流。4）、选择恒电位技术中的电位-时间曲线记下电池开路时的初始电压值后，停止。5）、调节电化学工作站的给定电流值，将放电电流调到0.8A，此时，可记录到电池的放电曲线，当电池的放电电压降到1.50V左右时停止记录，关掉放电电流。 6）、重复步骤1第3），4）点的操作，从而分别测得放电时正、负极相对Hg-Hg2SO4参比电极的单电极电势曲线。五、数据处理 1、记录仪记录下来的电池在常温及低温下的充、放电曲线及单电极电势曲线，分别标出各曲线相应的充电和放电时间。 2、比较常温及低温下电池在过充是的逸气情况及放电时的性能变化。 3、根据得到的数据，讨论铅蓄电池室温条件下电池失效的原因。 两个图的结果不难看出：对于本实验所选用的3-M-2型薄型极板引起电池性能下降原因主要在负极而不是在正极，充电过程中过早逸出大量的气体主要来自负极氢气。从而可以初步判断，引起此电池过早失效的原因是负极活性物质匹配不足。 上述结果表明：电池单电极放电性能的测试为蓄电池容量的合理设计及失效原因的分析提供了一种最基本最简单而又适用的实验手段。由此可见，本实验对生产实际中改进铅蓄电池的设计和提高铅蓄电池的性能具有重要的实际意义。同时，本实验的原理及测试技术也可推广使用于其他二次电池，例如：