电池电动势附温度系数测定

1、四川理工学院实验报告系：材化系课程名称：物理化学实验日期：2011年4月11日姓名学号实验室625专业材料科学与工程班号2009级2班老师鉴定实验名称电池电动势及温度系数的测定成绩评定一、实验目的（1）掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作。（2） 通过原电池电动势的测定求算电池反应的ArGmJkrSmJkrHm等热力学函数。（3）熟悉原电池的图式表示法和电极、电池反应的书写。二、实验原理1. 热力学基础化学能转变为电能的装置称为原电池或电池。可逆电池的电动势可看做正、负两个电极的电势之差。根据吉布斯函数的定义，在恒温恒压条件下，当系统发生可逆变化时，系统吉布斯函数变等于过程的可逆非体积

2、功。如果非体积功只有电功一种，那么，可逆电动势为LE的电池按指定电池反应式，当反应进度|匕=1mol |时，反应的吉布斯函数变为：（AGm）T,p = zEF（1）式中，E为可逆电池的电动势,V; F为法拉第常数，常取 96500C mol*，辺为电极反应式中电子的化学计量数，也Gm|的单位为J mol 。所以，在一定的温度和压力下，测出可逆电池的电动势，即可由式（1）计算出电池反应的摩尔反应吉布斯函数变 |irGm。又根据热力学基本方程 dG = -SdT +Vdp，可以得到:2Sm = -（T）p =ZF（|E）p（ 2）式中，£ ） P为电池的温度系数，表示电池电动势随温度的变

3、化。在系列温度下测得电池的电动势值，作|E T|图,从曲线斜率可求得电池在某一温度时的温度系数，进而由吉布斯一一亥姆霍兹公式可计算出化学反应的摩尔反应焓，即rHm =rGm +T 也 rSm|（ 3）2、对消法测定电动势的原理根据可逆过程的定义，可逆电池应满足如下条件：（1）电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。（2）电池中不允许存在任何不可逆的液体接界。（3）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下进行，亦即允许通过电池的电流为无限小。因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件。在精确度不高的测 量中，常用正负离子迁移比较接近的盐类（应不与电解质发生反应）构成“盐桥

4、”来消 除液接电势。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。不能直接用伏特计来测量可逆电池的电动势，因为电池与伏特计相接后，整个线路便 有电流通过，此时电池内部由于存在内电阻而产生电位降，并在电池发生化学反应，溶 液浓度发生变化，电动势数据不稳定。所以要准确测定电池的电动势，只有在电流无限 小的情况下进行，常用的对消法就是根据这个要求设计的。对消法（又叫补偿法）是在待测电池囤上并联一个大小相等、方向相反的外加电势， 这样待测电池中就没有电流通过，外加电势差的大小就等于待测电池的电动势，如图 2.12所示。B为大容量的工作电池。込C为一均匀电阻，调节可变电阻R使回路中有 合适的工

5、作电流 山，这样在| AC |上就有一均匀的电势降产生。叵S为标准电池。为了求得邑线段的电势差，在测量待测电池之前，先用标准电池 回来标定。将选择开关SW 接上，若调节活动触点的位置至 回时，检流计 色中没有电流通过，此时标准电池的电 动势正好与ad线段所示的电势差的数值相等且方向相反，即R(ADJ I 二 Es|国二对消陆孤定电通电动奔原理鞍囲完成上述标定后，将|SWI拨到待测电池 回上，重新调节接触点，若调到检流计G中无电流通过，则AD2线段上的电势降等于待测电动势，即R(AD2) I 二 Ex(5)由式（4）和式（5），得:EsR(ADJR(AD2)由于电阻与电阻线长度成正比，所以:Ex

6、EsAD1AD2(7)分别读出和Ex接通时均匀电阻上的 ADi, AD2长度，即可计算出| Ex|。实验室常用的电位差计就是根据这一原理设计制造的。3、本实验测定的电池本实验测定由lAgCl /Ag 和 Ag+/Ag电对组成的原电池的电动势， 该电池可以用图示式表示为(-)AgAgCl(s)Cl 70.1mol ) Ag *0.1mol 丄) Ag(+)即|AgCI/Ag作为阳极（负极），浸入含fCPj的溶液中，电极反应为(8)Ag(s) CII cl J > AgCI(s) e|Ag +/ Ag作为阳极（正极），浸入含Ag j的溶液中，电极反应为Ag C Ag ) e > Ag(

7、s)总的电池反应为Ag c Ag)Cl T ci-) > AgCI(s)电池中用到两种不同的溶液，需通过盐桥连接。生反应，且正负离子的电迁移率应基本相等。电池电动势的 Nernst方程式为EZPjcl 一（9）（10）制备盐桥的电解质应不与电池的电解液发（11）三、仪器和试剂SDC -1 n数字电位差综合测试仪， 恒温水浴，原电池装置，|AgCl/Ag |电极，两电极， 盐桥；0.1molNaCI 溶液，0.1mol L°AgN03 溶液。四、实验步骤1、组装电池将|AgCl/Ag|电极（负极）插入原电池装置的|NaCl |溶液中, 两电极（正极）插入 口AgNO3装入盐桥（盐

8、桥易断，操作时需小心）,将电池与电位差计相接，注意电池的正负极与仪器的正负极要对应。将电池放入到恒温水浴中。2、电位差计采零将电位差计“测量选择”钮打到“内标”，调节各电位钮，使电位指示为 iv，然后按下“采零”按钮，使“检零指示”为“0 ”。3、原电池电动势的测量待电池中溶液的温度稳定后（约需迴15min）,可以测量其电动势。将电位差计“测量选择”钮打到“测量”，调节各电位钮，直到“检零指示”为“0”，此时电位指示值就是该温度下的电池电动势，每个温度下读3次，每次间隔12 min在25C下，待测电池的电动势约为 |0.45/，调节时可参考此值。第一次测量可以控制恒温槽温度比室温高12 C,此

9、后每次升温 35 C,共测56次。注意测量温度不应高于 50 C。五、数据处理（i）根据不同温度下测得的 旦值，在坐标纸上对T作图，求出斜率 帚*）卩，即为温度 系数。如曲线不是很平直，则需选取几个温度下的斜率。（2 ）、求出对应电池反应的也rGmHrSm，也屮皿，填入表2.7中。表2.7CITTK1电动势西电动势 平均值/也rGmKJ mol'4 SrJ K-1 molJrHmKJ mol-120293.150.454700.45660-0.001558-44.0619-150.347-88.13610.456600.4585025298.150.453880.45400-0.001

10、523-43.8110-146.9695-87.63000.454060.4540630303.150.450490.45030-0.001485-43.4540-143.3025-86.89620.450120.4502835308.150.444700.44453-0.001442-42.8971-139.153-85.77710.444500.4443940313.150.439210.43916-0.001402-42.3789-135.293-84.74590.439150.4391245318.150.434310.43423-0.001365-41.9032-131.7225-8

11、3.81070.434210.43418六、注意事项（1）盐桥内不能有气泡存在。不能拿着盐桥将电池放入或取出水浴。（2） 恒温水浴液面高度要合适，与电池内的液面处于一个水平面即可。（3）在升温的时候，不应使“仪器测量选择”钮处于“测量”挡（如可关闭仪器或打到“外标”挡）。七、思考题（1）对消法测定原电池电动势的原理是什么？电池电动势为什么不能用伏特计直接准确 测定？答：原理是将电源的正极与待测电池正极 ，负极与负极相连，串联一个保护电阻和一个检流计， 调可读电源的输出电压至检流计指针不在偏转，此时待测电压与可读电压的值相等。因为对电的测定需灵敏度更高的电流表，伏特计的灵敏度不高。（2）盐桥的选择原则和作用是什么？答：选择原则：在精确度不高的测量下，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成盐桥。作用：在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触，减免和稳定液接电位，使液接电位减至最小以致接近消除；防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中