电池电动势的测定与应用试验报告

1、word格式文档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 N

2、ernst方程表示：E =E"-RTl 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) | KCI(0.0200 mol L-1) | AgN(O.O1OO mol L-1) I Ag (s) (+)(2) (一) Hg(l )，HgC* (s)| KCl (饱和)| AgNO (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)eAg(

3、16-2)E'Ag /Ag f 二 E Ag /AgIn 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)专业整理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=A

4、g Cl -(aCl J( 16-4)根据溶度积关系式aAg+GCI_=Ksp得EAgCI(s)/Ag二 EAg /Ag ln= Ag /Ag里 I n 牟Faci-RT= E"Ag /AgKInKsp-ARTRci 一(16-5)-E AgCI(s)/Ag云 In a。式中：EAgCI(s)/Ag二 EAg /Ag 号1 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? E

5、AgCI(s)/Ag= ElAg /Ag RTRT. / =In KSPF整理得：F In aAg (EAg / Ag RT InKsP_RIn acl 竿"( acJ(16-6)因此，给定电池(I)KSP珂-RT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山时，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 AC上的电位

6、降等于标准电池的电动势， 又因AB是均 匀电阻，故有Vab _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，贝工作电桶特测电池+X A 检淹114尸捕准电池图1对消法原理示意图ExAC'VAB _ 走Ex AC'En 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Exo 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%）; KNO盐

7、桥；10mL小烧杯；电阻箱。药品：饱和KCl溶液；0.0200 mol L 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/cm,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

8、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/cm浸入0.1MHCl中，长度为2cm（2根），银 丝直径为0.5mm计算）银丝表面积2nR*h=nD n*hI=PI*S=5mA/crr* n*0.5*10*2cm/根*2 根=3.14mA, 取 3mA若银丝长度为 3cm,则 I=Pi *S=5mA/cri2*3.14*0.5*10 -1*3cm/根*2 根=4.2mA 约4.5mA在HDY-1恒电流仪上，若量程为10m

9、A电流量为-0.3mA,电压为+-0.45mA*（10mA）=4.5mA2此时，红色夹子为“ +”极，通过的电流密度为5mA/cm2. 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、KNO和NHNO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 KNO盐桥为例，其制备方法是以琼胶：KNO: HO=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KNO盐桥和一支Ag/Ag+电极组成电池（I），并

10、 依照电位差计使用说明，接好电动势测量线路。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“

11、X”或“X”处，将一支Ag/AgCI电极浸在0.0200 mol L-1 KCI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/AgCl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/AgCl电极的电位。6. 组建电池（U用饱和甘汞电极、KNO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)：E0.2415-0.00065(14-25) =0.2487 (V) OE Ag/A

12、g+= 0.7991-0.00097(14-25) =0.8098 (V)E° Ag/AgCl = 0.2224-0.000645(14-25) = 0.2295 (V)gg电池I : E= E + - E - = E Ag/Ag+ + RT F ln aAg+ E Ag/Agd + RT F ln a。-=0.8098-0.2295+(8.314*287.15/96485)*ln (0.01*0.9*0.02*0.8)=0.3614 (V)电池 U: E' = E + - ERTF ln aAg+ -丘°甘汞电极-RT F In a。-=0.8098-0.2487

13、+ RT F ln aAg+/ a“-=0.4474 (V)E =E Ag/Agcl - E Ag/Ag+ - RT7F ln(1/ KO=0(平衡)In Ksp = EF7RT= -(0.5803*96485)/ (8.324*287.15) = -23.9523988KSp=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):(一 )Ag(s),AgCI(s)|KCI(0.0200 mol L-1)|AgNO 3(0.0100mol L-1)|Ag(s)(+)电池反应:Ag/AgCl 电极编号电动势 （V）理

14、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),Hg2Cl2(s)|KCI(饱和)|AgNO 3(0.0100 mol 匚 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（浸入 HCI液中的银丝

15、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 -4 ”五个旋钮，使

16、“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？应如何操作才能做到？答

17、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才能驱动指针旋转，所

18、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、 禾U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、为何测电池电动势要用对消法？对消法的

19、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1一；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（年衔）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Ej0。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Q与CI-的迁移数相近。作为盐桥的溶液不能与

20、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）答案：0）根据室温按公式 Es=1.0183-4.06 X 10-5（t-20）,计算标准电池在该室温下的ESo1 ）、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 ± 0.1 C。按下“恒温控

21、制器”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“4” t再按“箭头”按钮，至个位数闪烁，数字为“ 5” t继续按“箭头”按钮，至小数点后第一位数闪烁，数字为“ 8”t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 ± 0.1 Co18、SDC-nA型电位差计测定电动势过程中如何修正？5答案：0）根据室温按公式 Es=1.0183-4.06 X 10- （t-20）,计算标准电池在该室温下的Eso1 ）、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