电池电动势的测定及其应用实验报告

1、电池电动势的测定及其应用一、实验目的：1了解对消法测定电池电动势的原理；2 掌握电动势测定难溶物溶度积(Ksp )的方法;3 掌握常用参比电极银一氯化银电极的制备方法。二、实验原理：电池由两个半电池组成(半电池包括一个电极和相应的电解质溶液)，当电池放电时，进行氧化反应的是负极，进行还原反应的是正极。电池的电 动势就是通过电池的电流趋近于零时两极之间的电位差。它可表示成：E=E -E_式中E .、E 一分别表示正、负电极的电位。当温度、压力恒定时，电池的电 动势E (或电极电位E .、E的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活 度。电极电位与有关离子活度之间的关系可以由 Nernst方程表示

2、：E 丸二一些 n 二 aBB(16-1)zF B式中：z为电池反应的转移电子数，：B为参加电极反应的物质 B的化学计 量数，产物：b为正，反应物：B为负。本实验涉及的两个电池为：(1) (一)Ag (s), AgCI (s) | KCl (0.0200 mol L-_1) | AgN03( 0.0100 molL-1) I Ag (s) (+)(2) (一) Hg (l)，Hg2Cb (s)| KCl (饱和)| AgNO3 (0.0100 mol L-1 )| Ag (s) ( +)在上述电池中用到的三个电极是：(1) 银电极：电 极 反 应：Ag (0.01mol L)eAg(16-2)

3、EAg / Ag ；二 E Ag / Ag乎 ln aAg 其中：EAg /Ag ：0.7991 -0.00097(t - 25) V式中：t为摄氏温度(下同)，(2) 甘汞电极：电极反应：HgCl 2(s) 2e 2Hg 2Cl _(aCl_)(16-3)EHg2CI2(s)/Hg 1 二 E Hg 2CI2(s)/Hg ?一 # In aCl_对于饱和甘汞电极，温度一定时，aCI_为定值，因此饱和甘汞电极电位与 温度有关，其关系式为：EHg2CI2(s)/Hg 0.2415 0.00065(t25) V(3) 银一氯化银电极电极反应AgCI(s) e = Ag Cl -(aC J(16-4

4、)根据溶度积关系式aAg . CI_ = Ksp得EAgCI(s)/Ag二 E，Ag /Ag 乎1 n.RTKsp占Ag /AglnFaci -二 EAg /AgRTTIn KspRTFIna。供参考(16-5)aRT -E AgCI(s)/AgIn a。-式中：EpAgCI(s)/Ag二 EAg / Ag * I n KSp = 0.2224 - 0.000645(t - 25) V由上式可见，利用 Nernst关系式可求得难溶盐的溶度积常数，为此我们将(16-2)、(16-4)两个电极连同盐桥组成电池(I)，其电动势可表示为：E = E -E_= EAg /Ag .；ElAgCI(s)/A

5、gRTRT= EAg /Ag In aA-(EAg /AgF gFSP RTl n(aAg acJIn K sp RTFln %)RT.= In KF整理得：工柞电福特测电池(16-6)Ksp =aAg+a；l exp詈因此，给定电池(I)中左右半电池活度aCI _和aAg .，若测得电池(I)的电动势, 依上式即可求出AgCI的溶度积常数。电池电动势一般采用Poggendoff对消法测定。根据欧姆定律，电池电动势I(R r) =V Ir，r为电 池内阻。当回路中电流I 0时，此时E=V，这就是 对消法的基本原理，其测量方法如图1所示。当K与En连接时，移动接触点C，使G中无电流通过， 此时A

6、C上的电位降等于标准电池的电动势，又因 AB是均匀电阻，故有En 二 ACVab 一 AB而当K与待测电池Ex连接时，移动触点C，使回路中G上电流为零，贝图1对消法原理示意图Ex ACVAB _ 走Ex ACEn 一 AC在温度一定时，标准电池电动势En是定值，只要测量AC和AC，就可求得待测 电池的电动势Ex。三、仪器和药品：仪器和材料：UJ 25型直流电位差计（或数字式电位差综合测试仪）；直流复射式 检流计（10-9A/mm）；毫安表；标准电池；甲级干电池（甲电池）；饱和甘汞电 极；银电极；银丝（纯度99.5%）; KN03盐桥；10mL小烧杯；电阻箱。药品：饱和KCl溶液；0.0200

7、mol KCl溶液；0.1 mol L： HCI溶液；稀氨水。四、实验步骤:1. Ag/AgCl电极制备取经退火处理过、直径约为 0.5mm的银丝3根， 用金相砂纸擦至发亮以除去银丝表面的氧化物，然后 在稀氨水中浸泡数分钟。取出用高纯度水洗净，再用 滤纸吸干备用。将其中二根银丝作阳极，另一根作阴 极，分别插入0.1M的HCI溶液中，按图2所示的线 路接通电路，调节电阻使阴极电流密度大约为 5mA/cm2，电解20分钟，使银丝表面覆盖一层棕黑色 的AgCl镀层。镀层以均匀、致密为好。电解完毕取出制好的电极，用纯水洗净，再用滤纸吸干（但不可用滤纸摩擦，以防镀层剥落） 由于拉丝时引入杂质，电极电位偏

8、图2电极制备装置示意图差最大可达土 5mV，但该电极稳定性尚好，可用作参比电极。1, 2-银电极；3-电阻箱；4-电源电极制备：电流值的选取（按电流密度 3mA/cm2,浸入0.1MHCI中，长度为2cm（2根）， 银丝直径为0.5mm计算） 银丝表面积2n R*h=nD n *h匸Pi*S=5mA/cm2* n*0.5*10*2cm/根*2 根=3.14mA， 取 3mA2 1若银丝长度为 3cm,则匸PI*S=5mA/cm *3.14*0.5*10 - *3cm/根*2 根=4.2mA 约 4.5mA在HDY-1恒电流仪上，若量程为10mA，电流量为-0.3mA,电压为+-0.45mA*（

9、10mA）=4.5mA此时，红色夹子为“ +”极，通过的电流密度为5mA/cm22.盐桥的制备所谓“盐桥”，是指正负离子迁移数比较接近的盐类溶液（如 KCl、KNO3 和NH4NO3等水溶液）所构成的桥，用来连接两个半电池中的两个溶液， 使其不 直接接界，以消除或减小液体接界电势。以 KNO3盐桥为例，其制备方法是以琼 胶：KN03 :出0=1.5: 20: 50的比例加入到烧杯中，加热溶解，用滴管将其 灌入干净的U形管中，U形管中及管端不能留有气泡，冷却后待用。3. 组建电池(I)用1支Ag/AgCI电极、一个KNO3盐桥和一支Ag/Ag+电极组成电池(I)， 并依照电位差计使用说明，接好电

10、动势测量线路。注意：标准电池、工作电池的 正、负极不能接错。盐桥在插入之前要用蒸馏水淋洗(切勿用自来水！)，并用滤 纸轻轻擦干，插入时注意在U形管口不要留有气泡。两烧杯的液面基本平齐。为了节省溶液，液面在烧杯1/31/2处即可。4. 校正工作电流先读取环境温度，校正标准电池的电动势，调节直流电位差计面板右上方标 准电池温度补偿旋钮至计算值。将转换开关拨至“ N”处，转动电位差计面板右 方的工作电流调节旋钮“粗”“中”“细”“微”，使工作电流符合标准，校正完毕后，右方的工作电流调节旋钮在测定过程中不要再动。5. 测电池(I)电池电动势将转换开关拨至未知“ Xi”或“X2”处，将一支Ag/AgCI

11、电极浸在0.0200 mol L-1KCI溶液中，测量此电池的电位，直至电位值在23分钟内基本不变(变 化0.1mV)为止。Ag/AgCI电极在安装时应注意，勿将露出的银与溶液接触。 重复测定步骤，再测另一支 Ag/AgCI电极的电位。6. 组建电池(U)用饱和甘汞电极、KN03盐桥和银电极组成电池(U)。安装甘汞电极时应 注意拨去橡皮套和橡皮塞，并使甘汞电极内的液面高出烧杯中的液面。7. 测电池(U)电池电动势按步骤5测定。五、数据处理：A .理论值计算(实验温度 T=14C)：(1) E 甘汞电极= 0.2415-0.00065 (14-25) =0.2487 (V)AE Ag/Ag+=

12、0.7991-0.00097 (14-25) =0.8098 (V)gE Ag/AgCl= 0.2224-0.000645 (14-25) = 0.2295 (V)AA 电池 I : E= E + - E- = E Ag/Ag+ + RT/F InaAg+ E Ag/Agcl + RT/F Inacl-=0.8098-0.2295+(8.314*287.15/96485)*In (0.01*0.9*0.02*0.8)=0.3614 (V)电池U: E= E+ - E- = E Ag/Ag+ + RT/F In aAg+ - E 甘汞电极-RT/F In acl- =0.8098-0.2487+

13、 RT/F In aAg+/ acl-=0.4474 (V)(3) E = E Ag/Agcl - E Ag/Ag+ - RT/F In(1/Ksp)=0(平衡)In Ksp = EF/RT= -(0.5803*96485)/ (8.324*287.15) = -23.9523988-11Ksp=3.95585*10B.实验值：实验温度：_14C大气压:102.10kPa实验温度下的标准电动势 _1.01884V1. 电池(1):-1-1(一) Ag(s),AgCI(s)|KCI(0.0200 mol L )|AgN03(0.0100 mol L)| Ag(s)(+)电池反应：Ag/AgCl

14、电极编号电动势 （V）理论计算值测 量值10.36141 0.3603252 0.360326 平均 0.36032620.36141 0.3583692 0.358323 平均 0.358346总平均0.3593362. 电池(n):(一) Hg(1),Hg2Cb(s)|KCI(饱和)|AgN03(0.0100 mol L -1)|Ag(s)(+)电池反应：电 动 势（V）理论计算值测量值10.4412720.447420.441297平均 0.441284六、讨论注意的问题：1. 测定线路接入时，标准电池应最后接入。2. 测定时，按钮不能长时间按下。3电极制备时，AgCl镀层应尽量卡些（浸

15、入 HCI液中的银丝应尽量长些）以免 测定时未镀AgCl的银丝浸入溶液。4. 测量时小烧杯内溶液尽量等高。5. 甘汞电极使用时应拔去橡皮塞和橡皮套，电极内应有KCl晶体，电极内应有KCl晶体，电极内液面应高于小烧杯内液面。6. 电极制备时，电流大小的制备 匸J*A测。七、思考题:1实验前为什么要读取室温？答案：为了求出室温下标准电池的电动势值，用于标准电池的校正。2、如何测定未知电池的电动势（操作）答案：1拔出“外标插孔”的测试线，再用测试线将被测电池按正、负极对应插入“测 量插孔”。2）将“测量选择”旋钮置于“测量”，将“补偿”旋钮逆时针旋到底。3）由大到小依次调节面板上“ 10 0-10

16、-4 ”五个旋钮，使“电位指示”显示的数值 为负且绝对值最小。4） 调节“补偿旋钮”，使“检零指示”显示为“ 0000”，此时“电位指示” 数值 即为被测电池电动势的值。5）重复上述各步，每隔 2min测量一次，每个温度测三次，同时记录实验的准确温度即恒温槽中温度计的温度。6） 然后调节恒温槽的温度分别为其余4个温度，重复上述操作，测上述温度下电池 的电动势E。3、测定时为什么绝对不可将标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置？答案：标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置会破坏电池中电极间的界面，使电池无非正常工作。4、盐桥有什么作用？答案：盐桥可降低液体接界电势。5、可逆电池应满足什么条件？应

17、如何操作才能做到？答案：可逆电池应满足如下的条件：电池反应可逆，亦电极电池反应均可逆。电池中不允许存在任何不可逆的液接界。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进行，亦即要求通过电池的电流应为 无限小。操作中（1）由电池本性决定；（2）加盐桥降低；（3 ）用对消法测量。6、在测量电池电动势时，尽管我们采用的是对消法，但在对消点前，测量回路将有电流通过，这时测得的是不是可逆电池电动势？为什么？答案：因为有电流通过，不能满足可逆电池第三点，所不是可逆电池电动势。7、 为什么用伏特表不能准确测定电池电动势？答案：不能用伏特计测量电池电动势，就是因为使用伏特计时， 必须使回路中有电流通过

18、才能驱动指针旋转，所测结果为不可逆电池两极间电势差，不是可逆电池电动势。8参比电极有什么作用 ？答案：参比电极（二级标准电极）作用是代替标准氢电极测定电池电动势。9、醌氢醌（Q QH2）电极有什么用途？答案：可做为参比电极测溶液瓣 PH值或氢离子浓度。10、电池在恒温时（没测量时）为什么要将电钳松开？答案：防止电极极化11、 利用参比电极可测电池电动势，此时参比电极应具备什么条件？答案：参比电极应具备条件是：容易制备，电极电势有一定值而且稳定。12、如何制备醌氢醌（Q QH2）电极？答案：在待测液中放入一定量的（Q QH2），搅拌使这溶解，然后将一根铂电极放入待测 液中。13、为何测电池电动势

19、要用对消法？对消法的原理是什么？答案：可逆电池要求电路中无电流通过，用对消法可满足这个条件。用一个方向相反，数值相等的外电势来抵消原电池的电动势，使连接两电极的导线上I；0,这时所测出的 E就等于被测电池的电动势E。14、如何由实验求电池的温度系数:E汀p ,p答案：通过测定恒压下电池在不同温度下的电动势E,由E-T数据作E-T关系图。从曲线的斜率可求任意温度下的温度系数（年/浏）p ,15、选用作盐桥的物质应有什么原则？答案：选用作盐桥的物质应有什么原则： 盐桥中离子的r+ r- , t+ t_，使Ej 0。 盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。 常用饱和KCI盐桥，因为 才与CI-的迁移数

20、相近。作为盐桥的溶液不能与原溶 液发生反应，当有 Ag+时用KN（3或NNq。16、 在测量电动势之前如何进行校准化操作？（操作题）5答案：0）根据室温按公式 Es=1.0183-4.06 10 （t-20）,计算标准电池在该室温下的 Es。1）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2） 、将已知电动势的标准电池按“ + ” “一”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“ 10-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标 电池数值相同。4）、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。17、如何调节恒温槽温度？答案：例45.8 .1C。按下 恒温控制

21、器”的电源开关，左下角的红色按钮 t左侧窗口显 示的是当前恒温槽中的水温t按 控制器”上的 箭头”按钮进行调温 t至右侧窗口设置实验温度区，十位数闪烁，t通过按“” “按钮使十位数为 “4T再按 箭 头”按钮，至个位数闪烁，数字为“5”继续按箭头”按钮，至小数点后第一位数闪烁，数字为“8T继续按箭头”按钮，至左侧窗口的 工作”灯亮，表示恒温槽 开始工作t按 控制器”上的 回差”按钮，至0.1 t将 玻璃恒温水浴”上的 加热器” 上的 开，关”按钮至 开”档 强，弱”按钮至 强”档t将 玻璃恒温水浴”上的 水 搅拌”上的 开，关”按钮至 开”档 快，慢”按钮至 慢”档t设置完毕，设置的温 度为 45.8 ）.1 Co18、SDC-nA型电位差计测定电动势过程中如何修正？答案：0）根据室温按公式Es=1.0183-4.06 1区5（t-20）,计算标准电池在该室温下的 Es。1 ）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2）、将已知电动势的标准电池按“+ ” “一”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“ 10-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池数值相同。4） 、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“