实验四+原电池电动势的测定及应用1

1、实验四 原电池电动势的测定及应用电池:一 Hg l | Hg 2CL 2 S | KCL 饱禾口 |AgNO 3 0.01000 mol L-1 |Ag(S)-Hg l | Hg 2CL 2 S |KCL 饱和 |厂 0.1000口01 *HOAc 飞心2恥). 0.1000mol LNaOAc一 Ag S | KCL m1 与饱和 AgCL 溶液 |AgNO 3 m2 |Ag(S)求难溶盐AgCl的溶度积Ksp设计电池如下：-Ag S | KCL m1 与饱和 AgCL 溶液 |AgNO 3 m? | Ag(S)-该电池电极反应如下：阳极(-)反应：Ag S . Ag Y1 e阴极(+)反应

2、：Ag m2 e Ag S电池反应：Ag m； Ag 1RT Q A1 )电池电动势： E二E In 一g4为饱和F 仏血2)Ag2为AgNO 3 m2中银离子的活度，Ag 一 _m2 ； : Ag.1AgCL溶液中Ag 的活度。由于Ag；cL-二Ksp，因此式变为：RTln也F : CL- AgNO 3 *m2RTln9F _ KCL AgNO 3 m2测定E后，即可求KSp操作步骤：制备电极 银电极用浓氨水浸，再用水洗净。然后浸入含有少量硝酸钠的 硝酸中片刻。取出用水洗净。把处理好的二根银电极浸入同样浓度的AgNO 3溶液，测其电池电动势。如果电池电势不接近0（允许相差12mV）,则银电极

3、必须 重新处理。按电极符号组成浓差电池，其中左方电极的制备方法如下：将新制好Ag电极插入0.01000mol/LKCL溶液中，滴加两滴0.1mol/L AgNO3溶液（不能多加）；将另一新制好的Ag电极插入0.01000mol/L AgNO 3溶液中，加上盐桥。测定电池电动势。求电池反应的.-：rGm、厶rSm、厶心、厶血设计电池如下：-Zn S |ZnSO4 0.1000m |KCL 1.000 m AgCL S |Ag（S）饱和KCL盐桥电池反应为：2AgCL S Zn S2Ag S Zn2 0.1000 m 2C1.000m分别测定电池在各个温度下的电动势，作E- T图，从曲线斜率可求得

4、任一温度下的 i，利用公式、（2）、（3）、（5）即可求得该电池反应的ArGm、 p:r Sm、： rHm、八 rGm求银电极的标准电极电势对银电极可设计电池如下：Hg l |Hg2CL2 S | KCL 饱禾口 |AgNO 3 O.OImol L-1 |Ag（S）该电池电极反应如下：阳极（-）反应：2Hg l 2CL-饱和 Hg2CL2 S 2e阴极（+）反应：Ag 0.01 mol *L-1 e. Ag S电池反应：电池电动势：E八正负二 Ag /Ag FTln-g -饱和甘汞RT所以：W Ag力Ag =E+W （饱和甘汞）-+测定溶液的pH值溶液的pH值可用电动势法精确测量。利用各种氢离

5、子指示电极与参比电极（一般是用饱和甘汞电极做参比电极）组成电池，由测得的电动势算出溶液的 pH值。常用的氢离子指示电极有氢电极、醌-氢醌电极、玻璃电极等。氢电极测 溶液的pH值比较麻烦，需要提供稳定的氢气流冲打铂黑电极，使氢气被铂黑吸 附并与待测H+容液达成平衡。本实验是用醌-氢醌电极与饱和甘汞电极组成原电池，在弱酸或弱碱性的溶 液中测出电动势。QQH为醌（Q）与氢醌（QH）等摩尔混合物，在水溶液中部分分解o or o oh (Q*QF)(Q) (QH它在水中溶解度很小。将待测 pH溶液用QQH2饱和后，再插入一只光亮Pt电极就构成了 QQH2电极，可用它构成如下电池：-Hg l | Hg2C

6、L2 S |KCL 饱和 |由 Q QH 2饱和待测 pH溶液(H ) | Pt(S)Q *QH 2电极反应为：Q 2H2e； QH2因为醌和氢醌的浓度相等,稀溶液情况下活度系数均近于1，或者活度相等,因此:q/qh_ .= 0Q/QH二冷/QH_ ,= 0Q/QHRTQ I H 2 In 2F :QH2巴 ln l H 22F巴 lnH 22FRT-2.303 pHFE=阵电池的电动势为：爲2-2.303乎pH-E- 饱和甘汞已知；：Q/qh2及饱和甘汞，测得电动势E,即可求pH。由于Q *QH2易在碱性液中氧化，待测液之 pH值不超过8.5四、仪器药品L仪器:SDC-H b数字电位差综合测

7、试仪1台(南京桑力电子设备厂);218 型银-氯化银电极1支(上海恒誉水分析仪器厂)；饱和甘汞电极1只；盐桥数只； 铂电极2只；超级恒温槽1台。电极管3只；10ml烧杯3只；50ml烧杯一只； 洗耳球一个。恒温夹套烧杯2只；滑线电阻1只。2. 药品KCI(0.1000mol L-1) ； KCI(饱和)；AgN03(0.0100mol L-1)；CuS04(0.1000mol kg-1);CuS04(0.0100mol kg-1);ZnS04(0.100mol kg-1); 镀银溶液；镀铜溶液；未知pH溶液;HCl(1mol dm-3);稀HNO3溶液(1 : 3);稀 H2SO4溶液;Hg2

8、(NO3)2饱和溶液;KNO3饱和溶液;KCl饱和溶液；琼脂(C.P.);醌 氢醌(固体)。五、实验步骤1. 盐桥制备简易法用滴管将饱和KNO3或 NH4NO3溶液注入U型管中，加满后用捻紧的滤纸塞 紧U型管两端即可，管中不能存有气泡。凝胶法称取琼脂1g放入50mL饱和KNO3溶液中，浸泡片刻，再缓慢加热至沸腾， 待琼脂全部溶解后稍冷，将洗净之盐桥管插入琼脂溶液中，从管的上口将溶液吸 满(管中不能有气泡)，保持此充满状态冷却到室温，即凝固成冻胶固定在管内。 取出擦净备用。2电动势测定：开机5分种后，如果使用内标做基准(不用外配的标准电 池)，就将功能档旋至内标位，将最大档X100V调至1处，其

9、余各档都调至 0处，补偿档调至最小。这等于是给出了 1.0000V的标准，此时按采零键， 使检零指示显示为-00.00)。然后将功能档旋到测量位，将红线夹接铜 电极，黑线夹接锌电极(切勿接错了)，稳定一 段时间后开始测电 池：-Hg(l)-Hg2Cl2(S) | 饱和 KCl 溶液 II AgNO3(0.0100mol-L-1) | Ag(S)+ 的电动势。办法是由大档位到小档位依次逼近电动势值（刚开始测量时，检零指示档会显示QU.L或*.*, 随着测量值的逼近，绝对值越来越小，但不能为正值）， 直至检零指示档为00.00（如最后不为00.00，则缓缓旋补偿档，使检 零指示刚好显示00.00）

10、，记录这个时候的读数。注意，只有原电池真正处于 平衡状态，测出的值才会稳定不变。因此要尽可能使被测电池平稳、不受振动、 不含气泡、室内气温恒定。六、注意事项制备电极时，防止将正负极接错，并严格控制电镀电流。七、数据处理1计算室温下电池的电池电动势并与测定结果比较。2利用电池的测定结果计算氯化银的溶度积并与文献值比较。【思考问题】1参比电极应具备什么条件？它有什么功用？2若电池的极性接反了有什么后果？3. 盐桥有什么作用？选用作盐桥的物质应有什么原则？实验五蔗糖的转化一、实验目的1. 了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。2. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。3. 了解旋光仪的

11、基本原理，掌握其使用方法。二、预习要求1. 掌握旋光度与蔗糖转化反应速率常数的关系。2. 掌握a t与a*的测定方法。3. 了解旋光仪的构造及使用方法。三、实验原理蔗糖转化反应为：CHkOi+HO f C6H2Q + C6H12Q蔗糖葡萄糖 果糖为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应 中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。 而H是催化剂，其 浓度也是固定的。所以，此反应可视为假一级反应。其动力学方程为：dCkC1dt式中，k为反应速率常数；C为时间t时的反应物浓度。将(1)式积分得：In C 一kt InC02式中，Co为反应物的初始浓度。当C=1/

12、2C0时，t可用ti/2表示，即为反应的半衰期。由 式可得:ti2In 20.693k 一 k蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系 在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光 物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，弓I入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表 示：IC式中，t为实验温度C) ； D为光源波长；为旋光度；I为液层厚度(m);C为浓度(kg m3)由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度:与浓度C成正比。即:=KC式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、

13、温度等 因素有关的常数。在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质 ,其比旋光度:D 66.6 ； 产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度:D52.2 ；而产物中的果糖则是左 旋性物质，其比旋光度91.9。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断 减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组 成的旋光度之和。若反应时间为0，t，x时溶液的旋光度分别 用0，:. t，一:表 示。则：:z0 = K反C0表示蔗糖未转化- K生 C0表示蔗糖已完全转化式、 中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。:t 二 K反C K生 C。一C由、(7)、(8)三式联立可以解得:CoK

14、K反一 K生：0 -：10将(9)、(10)两式代入式即得:11In : t 一 ： ： - -kt In ： - ：:由（11）式可见，以ln（ a t- aj对t作图为一直线，由该直线的斜率即可求 得反应速率常数k。进而可求得半衰期t2。四、仪器与药品1仪器旋光仪（WZN 2A2B自动旋光仪）；旋光管；恒温槽；台称；停表；烧杯； 移液管（量筒）。2. 药品HCl溶液（4mol dm ）;蔗糖（分析纯）。WZZ- 2B自动旋光仪操作方法：将仪器电源插头插入220V交流电源，（要求使用交流电子稳压器1KVA , 并将接地可靠接地。向上打开电源开关，这时钠光灯的交流工作状态下起辉，经5分钟钠光灯

15、 激活后，钠光灯才发光稳定。向上打开光源开关，（若光源开并扳上后，钠光灯熄灭，则再将光源开关 上下重复扳动1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常）。打开测量开关，这时数码管应有数字显示。将装有蒸馏水或其它空白溶剂的试管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定 后，按清零按钮。试管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状 水滴，应用软布揩干试管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应为，影响读数。试管安 放时应注意标记的位置和方向。2蔗糖水解过程中a t的测定用台称称取10g蔗糖，放入100mL烧杯中，加入50mL蒸馏水配成溶液（若溶 液混浊则需过滤）。用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中

16、。移取 30mL4mol dni3HCI溶液于另一 100mL带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温 10min。取出两只三角瓶，将HCI迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。 并且在加入HCI时开始记时，将混合液装满旋光管（操作同装蒸馏水相同）。装好 擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间 t时溶液的旋光度a t。测定 时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每 隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每 5min读一次测定1h。六、注意事项1装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃 片。2由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验 结束后必须将