电动势与温度关系的测定

1、电动势与温度关系的测定一、实验目的1. 了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念，掌握电位差计的测量原理和使用方法。2. 掌握用电动势法测定化学反应热力学函数的原理和方法。3. 测定电池在不同温度下的电动势值，并计算电池反应的热力学函数。二、实验原理电池由正、负两个电极组成。电池在放电过程中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电池内部还可能发生其它过程（如发生离子迁移）。电池反应是电池中所有反应的总和。 从化学热力学知道， 在恒温恒压可逆条件下， 电池反应的自由能的改变值等于对外所作的最大非体积功，如果非体积功只有电功一种，则有：( r G)T ,PzFE（1）式中 z 为电池输出元电荷的物质的量

2、，单位为摩尔（的电动势，单位为伏特（V）； F 为法拉第常数。mol）； E 为可逆电池上式只有在恒温恒压可逆条件下才能成立， 这就首先要求电池反应本身是可逆的，即要求电池的电极反应是可逆的，且不存在任何不可逆的液接界。另外，电池还必须在可逆的情况下工作，即放电和充电过程必须发生在接近平衡状态下，所通过的电流必须十分微小。化学反应的热效应可以直接用量热计测量， 也可以用电化学方法来测量。 将化学反应设计成可逆电池，在一定条件下，电池的电动势可以准确测得。因此，用电化学方法所得数据较热化学方法所得数据更可靠。利用对消法可以测定电池的电动势E，即可计算出相应的电池反应的自由能改变值，可以通过可逆电

3、池电动势测定的电化学方法来解决热力学问题。根据吉布斯亥姆霍茨公式：（ 2）将（ 18 1）式代入（ 182）式，得：r HzFEzFT (E ) pT由于（3）将（ 2）式代入（ 3）式，得：r SE（4）zF( ) pT因此，将化学反应设计成一个可逆电池，在恒定温度和压力下， 测量电池的电动势，代入（ 1）式，即可得到该恒定温度下的反应的自由能改变值。连续测定各个温度下该可逆电池的电动势，将电池的电动势对温度作图， 由此曲线的斜率可以计算出任一温度下的( E )p 值，将此值代入（ 3）式和（ 4）式，即可求得T该反应在一定温度下的热力学函数和。本实验化学反应式为：为求此反应的热力学函数，可

4、将该反应设计成一个可逆的电池：电池电动势不能直接用伏特计来测量， 因伏特计与电池接通后， 必须有适量的电流通过才能使伏特计显示， 这时电池已是不可逆电池。 另外电池本身有内阻，伏特计测量的是两电极的电位降， 所以测量可逆电池的电动势必须在几乎没有电流通过的情况下进行。测定电动势常用波根多夫（ Poggendoff ）对消法进行。将电池加盐桥， 以消除液体接界电势， 可以近似地当作可逆电池来处理。 所谓盐桥，是指一种正负离子迁移数比较接近的盐类所构成的桥， 用来连接原来产生显著液接界电势的两种液体，从而使其彼此不直接接界。常用的盐桥是 3洋菜饱和 KCl 盐桥，也可用 NH 4 NO 3 或 K

5、NO 3 盐桥。这样，根据不同温度下的电动势数据，就可以计算出该反应的热力学函数。三 、实验步骤1、电极处理：1）Zn 电极：用细砂纸把Zn 电极擦亮，用蒸馏水洗净擦干。2）Pt 电极：用蒸馏水洗净擦干。2、电池的组装：1）取两个电解池， 放置于支架上， 用乳胶管将电解池和盐桥连接，构成 U 形管。移取 1.0mol/LZnCl 2 溶液 20mL 注入一个电解池；移取0.2mol/mLK 3Fe(CN)6 溶液10mL 和 0.2mol/mLK 4Fe(CN)6 溶液 10mL 注入另一个电解池。2）将 Zn 电极插入到 ZnCl2 溶液一侧， Pt 电极插入到 K 3Fe(CN) 6 和

6、K 4Fe(CN) 6溶液一侧。3、将支架放入玻璃恒温水浴中，调节水浴温度为25。用玻璃棒搅拌电解池内溶液后，迅速连接好测试线路（Zn 接负极， Pt 接正极）。4、电位差计的校正：1）将所有旋钮置于“ 0”处，补偿旋钮左旋至底。2）将“测量选择”旋钮置于“内标”处，将100 旋钮置于“ 1”处。3）待“检零指示”数值稳定后，按下“采零”键，此时“检零指示”为0000。4）将“测量选择”旋钮置于“测量”处，100 旋钮置于“ 0”处。5、电动势的测量：开动水浴，恒温15min 后进行测量。1）调节 100-104 旋钮，使“检零指示”显示为负数且绝对值最小。2）调节补偿旋钮，使“检零指示”为0

7、000，此时“电位显示”数值为被测电动势数值，记录两次数据。注意事项 ：不可大力旋转旋钮，防止仪器损坏。6、以相同方法测量30、 35、 40、 45、50的电池电动势，分别记录两次数据注意事项 ：在每一个温度的电动势测量结束后，100-104 旋钮置于“ 0”处，补偿旋钮左旋至底，方可进行下一个温度的测试。7、实验结束后，将100-104 旋钮置于“ 0”处，补偿旋钮左旋至底，关闭电源；将盐桥重新放入溶液中浸泡，电解池洗净。图 1 电池装置图A Pt 电极； D 锌电极；B K3Fe(CN) 6 + K4 Fe(CN) 6 溶液；E ZnCl 2 溶液； C 导气管； f 盐桥； g 液封四

8、、数据处理表 1 数据记录与处理表T / KE / VE / VE12( ) p/r Gm/r H m/r Sm/TV.K -1kJ.mol -1kJ.mol -1J.K-1 mol -12983033083133183231. 将所测得的不同温度下的电动势 E 与热力学温度 T 作图，并由图上的曲线斜率求取不同温度下的电动势的温度系数( E ) p 。T2. 将不同温度下的电动势 E 和电动势的温度系数 ( E ) p 的数值代入公式，计算T在 25、 30、 35、 40和 45时的 r G 、 r S 和 r H 的数值。五、思考题1. 测定电动势要用对消法，对消法的原理是什么？2. 电

9、位差计的“平衡指示”始终要调节为零，若不为零说明什么？SDC- 数字电位差综合测试仪操作规程一、特点1、 一体化设计：将 UJ 系列电位差计、光电检流计、标准电池等集成一体，体积小，重量轻，便于携带。2、数字显示：电位差值六位显示，数值直观清晰、准确可靠。3、内外基准：既可使用内部基准进行校准， 又可外接标准电池作基准进行校准，使用方便灵活。4、准确度高：保留电位差计测量功能，真实体现电位差计对比检测误差微小的优势。5、性能可靠：电路采用对称漂移抵消原理，克服了元器件的温漂和时漂，提高测量的准确度。二、使用方法（一）开机用电源线将仪表后面板的电源插座与220V 电源连接，打开电源开关（ON），

10、预热15分钟再进入下一步操作。（二）以内标为基准进行测量1 校验 将“测量选择”旋钮置于“内标”。 将测试线分别插入测量插孔内, 将“ 100”位旋钮置于“1”，“补偿”旋钮逆时针旋到底，其他旋钮均置于“0”，此时，“电位指标”显示“1.00000 ” V, 将两测试线短接。 待“检零指示” 显示数值稳定后， 按一下采零键，此时，“检零指示” 显示为“ 0000 ”。2 测量 将“测量选择”置于“测量”。 用测试线将被测电动势按“”、“”极性与“测量插孔”连接。 调节“ 100 10-4 ”五个旋钮，使“检零指示”显示数值为负且绝对值最小。 调节“补偿旋钮” ，使“检零指示”显示为“0000”，此时，“电位显示”数值即为被测电动势的值。 测量过程中， 若“检零指示” 显示溢出符号 “ OU.L”，！说明“电位指示” 显示的数值与被测电动势值相差过大。注意 电阻箱10-4 档值若稍有误差可调节“补偿”电位器达到对应值。（三）以外标为基准进行测量1 校验 将“测量选择”旋钮置于“外标”。 将已知电动势的标准电池按“”、“”极性与“外标插孔”连接。 调节“ 100 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。 待“检零指示”数值稳定后，按一下采零键，此时，“检零指示”显示