工作报告-物化实验报告电池电动势的测定及其应用

1、物化实验报告电池电动势的测定及其应用篇一：华师物化实验-原电池电动势的测定与应用 华 南 师 范 大 学 实 验 报 告 学生姓名：dxh 学号： 专业：化学师范年级、班级：2011级化教六班 课程名称：物理化学实验 实验项目：原电池电动势的测定与应用 指导老师：蔡跃鹏 实验评分： 【实验目的】 1. 掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法； 2. 掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法； 3. 加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解； 4. 测定电池（1）的电动势； 5. 了解可逆电池电动势测定的应用； 6. 根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不同温度

2、下的电动 势值，计算电池反应的热力学函数G、S、H。 【实验原理】 可设计成原电池的化学反应，发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极，发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极，两个半点池组成一个原电池。电池的书写习惯是左方为负极，即阳极，右方为正极，即阴极。符号“|”表示 ”表示，。如电池反应是自发的，则其电动势为正，等于阴极电极电势E?与阳极电极电势E? 之差，即E?E?E? 以铜-锌电池为例。铜-锌电池又称丹尼尔电池（Daniell cell），是一种典型的原电池。此电池可用图示表示如下： ?ZnZnSO4(a1?1mol?kg?1)CuSO4(a2?1mol?kg?1)Cu? 左边为阳

3、极，起氧化反应 ZnZn2?(a1)?2e 其电极电势为 ? E阳?E?E? RTa(Zn) ln 2Fa(Zn2?) 右边为阴极，起还原反应 Cu2?(a2)?2eCu 其电极电势 ? E阴?E?E? RTa(Cu) ln2? 2Fa(Cu) 总的电池反应 Zn?Cu2?(a2)Zn2?(a1)?Cu 原电池电动势 RTa(Zn2?)RTa(Zn2?)? =E? E?(E?E?)?lnln2?2? 2Fa(Cu)2Fa(Cu) ? ? ? E? 、E?分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势，a(Zn2?)和a(Cu2?)分 别为 Zn2?和Cu2?的离子活度。 本实验所测定的三个电池为： 1

4、原电池?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(AgNO3(0.01mol?dm?3)Ag(s)? 阳极电极电势 E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?0.2410?7.6?10?4(t/?25) ?阴极电极电势 E?EAg?/Ag?E? Ag?/Ag RT lna(Ag?)F E?/V?0.799?0.00097?(t/?25) Ag?/Ag ?原电池电动势 E?E?E?E? Ag?/Ag RT lna(Ag?)?EHg2Cl2(s)/Hg F 2原电池 ?AgAgCl(s)KCl(0.1mol?dm?3)AgNO3(0.01mol?dm?3)Ag? 阳极电极电势 E?E?AgCl(S)/A

5、g? RT lna(Cl?) F RT lna(Ag?) F RT lna(Cl?)a(Ag?) F E?AgCl(S)/Ag/V?0.2221?0.000645?(t/?25) ? 阴极电极电势 E?EAg?/Ag?E? Ag?/Ag ?E 原电池电动势 E?E?E?E?AgCl(S)/Ag? Ag/Ag ? 其中 0.01mol?kg?1AgNO3的?0.90 0.1mol?kg?1KCl的?0.77 稀水溶液中mol?dm?3浓度可近似取mol?kg?1浓度的数 值。 3. 原 电 池 ?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(饱和) H?(0.1mol?dm?3HAc?0.1mol?dm?

6、3 NaAc),Q?H2QPt? 阳极电极电势 E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?0.2410?7.6?10?4(t/?25) ? 阴极电极电势 E?EQ/H2Q?EQ/H2Q? RT lna(H?) F RT lna(H?)?EHg2Cl2(s)/Hg F ?4 EQ?25)/H2Q/V?0.6994?7.4?10(t/ ?原电池电动势 E?E?E?EQ/H2Q?= EQ/H2Q? 2.303RT PH?EHg2Cl2(s)/Hg F 即 pH? ?EQ/H2Q?EHg2Cl2(s)/Hg?E) (2.303RT/F) 由此可知，只要测出原电池3的电动势，就可计算出待测溶液（HAc和

7、NaAc缓冲溶液）的pH值。 测定可逆原电池的电动势常采用对消法（又称补偿法），其原理和方法在附录1、2、3中作了详细的介绍。通过原电池电动势的测定，还可以得到许多有用的数据，如离子活度等。特别是通过测定不同温度下原电池的电动势，得到原电池电动势的温度系数(?ET)p，由此可求出许多热力学函数，如计算相应电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变?rGm?zFE，摩尔反应焓 ?rHm ?E?E ?S?zF()p等。 及摩尔反应熵?zFE?zF()prm ?T?T 如果电池反应中，反应物和生成物的活度均为1，温度为298.15K，则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准E?(298.15K)、 ?

8、 ?rGm(298.15K)、和?rSm(298.15K)。 利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势，因此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数?rGm、?rHm、 ?rSm等比用量热法或化学平衡常数法求得的热力学数据更为准确可靠。原电池设计与制造的难度主要是电极的制备，所以对一些常用电极的制备方法作一些了解还是很有必要的（详见附录5）。 【仪器和药品】 ZDWC数字电位差计（含附件） 1台 0.01 mol.dm-3 AgNO3溶液 标准电池 甘汞电极（饱和） 银-氯化银电极 光铂电极 银电极 吸耳球 1个 0.1 mol.dm-3 KCl溶液 1支 0.2 mol.dm-3 HAc溶液

9、 1支 0.2 mol.dm-3 NaAc溶液 1支 KNO3盐桥 1个 100 ml烧杯 3个 1个 1支 醌氢醌固体粉末（黑色） 洗瓶 饱和氯化钾溶液 1个 50 ml广口瓶 10 ml移掖管 3个 3支 图11.1 ZD-WC数字电位差计； 左图为全图，右图为操作面板 【实验步骤 】 1.制备盐桥 3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法：在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上表面皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶解。然后加入40g硝酸钾，充分搅拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入干净的U形管中，两端要装满，中间不能有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用。制

10、备好的盐桥不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸。 2.组合电池 将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中。将一个20mL小烧杯洗净后，用数毫升0.02mol/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗，然后装此溶液至烧杯的2/3处，插入银电极，用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池。 3.测定电池的电动势 根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）的电动势理论值。 正确接好测量电池（I）的线路。电池与电位差计连接时应注意极性。盐桥的两支管应标号，让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。 用SDC数字电位差计测量电池（I）的电动势。每隔2min测一次，共测三次

11、。 接通恒温槽电源进行恒温，使其分别达到21.525.2、30.1，温度波动范围要求控制在正负0.2之内。把被测电池放入恒温槽中恒温15min，同时将原电池引出线连接到SDC型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接），测定其电动势，每5分钟测1次，直至电位差计读书稳定为止。 5然后调节恒温槽，令恒温升温5，重复上述操作，然后再升温并进行测定。 6测量完毕后，倒去两个小烧杯的溶液，洗净烧杯的溶液。盐桥两端淋洗后，浸入硝酸钾溶液中保存。 【实验记录及数据处理】 ?Ag /Ag ? ?0.799?0.00097(t?25)?0.799?0.00097(26.4?25)?0.7942V ? ?

12、Ag/Ag?Ag?/Ag ? ? RT1 lnFaAg ?0.7893? ? 8.314*299.551 ln?0.6920V 965000.02 ?饱和甘汞?0.24150.00065（26.4?25）?0.238V E理论?Ag/Ag?饱和甘汞?0.4540V E-T图 篇二：大学物理化学实验报告-原电池电动势的测定 物理化学实验报告 院系 化学化工学院 班级 学号 姓名 实验名称 ： 原电池电动势的测定 日期同组者姓名 史黄亮 室温16.84 气压 101.7 kPa成绩 一、目的和要求 1.学会一些电极的制备和处理方法； 2.掌握对消法测定电池电动势及电极电势的原理和方法； 3.熟悉数

13、字式电子电位差计的工作原理和正确的使用方法。 二、基本原理 测定电池电动势必须要求电池反应本身是可逆的，即电池必须在可逆的情况下工作，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此根据对消法原理（在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池）设计了一种电位差计，以满足测量工作的需要。 T温度下的电极电势 T=T-(RT/2F)*ln(1/a); a= r±*m (r±参见附录表V-5-30) T=298+(T-298)+0.5(T-298) ，为电池电极的温度系数： 铜电极(Cu2+/Cu)，=-0.000016 V/K，=0 锌电极Zn2+/Zn(Hg)，=0.0001 V/K

14、，=0.62*10-6 V/K 三、仪器、试剂 SDC-数字电位差综合测试仪、YJ56电镀仪 毫安表、饱和甘汞电极、U型玻璃管等； 0.1000mol/L CuSO4溶液、0.0100mol/L CuSO4溶液、0.1000mol/L ZnSO4溶液、 Hg2Cl2溶液、饱和KCl溶液、琼脂、氯化钾(A.R.)、 铜片、锌片等。 四、实验步骤 、电极制备 . 铜电极 取2片铜片，用沙皮纸将其表面打磨干净，再放入稀硝酸溶液中处理 片刻，用蒸馏水冲洗干净； 将处理后的铜片放入电镀液(0.1000mol/L CuSO4溶液)中,与电源的负 极相连，电源的正极与另一片铜片相连，回路中连有一只毫安表，调

15、节电镀装置使毫安表的读数为40左右，电镀约1h； . 锌电极 取一片锌片，用沙皮纸将其表面的氧化物打磨去除，放入稀硫酸溶液 中片刻，使其表面氧化物进一步反应完全； 用蒸馏水冲洗锌片后，将其放入Hg2Cl2溶液约6秒钟，使其表面汞齐 化； 取出后再用蒸馏水淋洗，用纸吸干表面的水，放入0.1000 mol/L ZnSO4 溶液中备用； 、制盐桥 在100ml烧杯中加入适量蒸馏水，用电磁炉煮沸； 称取12g琼脂和20g纯KCl，加入沸水中 待固体完全溶解至溶液成浆糊状时，用胶头滴管将液体注入U型玻璃 管中，注满且没有气泡； 冷却后即为盐桥； 、测定各组电池的电动势 a. (-) ZnZnSO4(0.

16、1000mol/L)KCl(饱和)Hg2Cl2Hg (+) b. (-) ZnZnSO4(0.1000mol/L)KCl(饱和)AgClAg (+) c. (-) HgHg2Cl2KCl(饱和) CuSO4(0.1000mol/L) C u (+) d. (-) AgAgClKCl(饱和) CuSO4(0.1000mol/L) Cu (+) e. (-) ZnZnSO4(0.1000mol/L)CuSO4(0.1000mol/L) Cu (+) f. (-) CuCuSO4(0.0100mol/L) CuSO4(0.1000mol/L) Cu (+) 打开数字式电位差计的电源，打到内标档，各旋

17、钮打至0处，按下归 零按钮； 切换到测量档，将以上电池的正负极对应数字式电位差计的正负极连 接好； 调整各旋钮，使右侧显示值为零(有时需要等待片刻至数值稳定)，此时 左侧显示的数值即被测电池的电动势； 依次测定6组电池的电动势并记录下数据。 五、原始数据 六、数据处理 在实验温度下，饱和甘汞电极的电极电势为： ?SCE = 0.24157.61*10-4*(T298) = 0.24157.61*10-4*(16.84273298) = 0.24771 V(1) -1 ?(Zn2+(0.10mol·L)|Zn)= ?SCEE(1) = (0.247711.06154) V =0.813

18、83 V -1?(Cu2+(0.10mol·L)|Cu)= E(2)?SCE = (0.037690.24771) V = 0.28540 V -1?(Cu2+(0.010mol·L)|Cu)= ?(Cu2+(0.10mol·L-1)|Cu)E(4) = (0.285400.02265) V = 0.26275 V 在实验温度下，各电极的标准电极电势为： -1?(Zn2+(0.10mol·L) |Zn)=? (Zn 2+-1 (0.10mol·L) |Zn)RT/2F* 1/(Zn2+) 则可得： ? 2+-12+-1(Zn(0.10mol&#

19、183;L)|Zn) = ?(Zn(0.10mol·L)|Zn)RT/2F*1/(Zn2+) =0.813838.314*289.84/(2*96500)* 1/0.1 = 0.78508 V -1?(Cu2+(0.10mol·L)|Cu)=? 2+-1 (Cu(0.10mol·L)|Cu)RT/2F* 1/(Cu2+) 则可得： 1/(Cu2+) ? 2+-12+-1 (Cu(0.10mol·L)|Cu)= ?(Cu(0.10mol·L)|Cu)+ RT/2F* = 0.285408.314*289.84/(2*96500)* 1/0.1 =

20、 0.31415 V 对于电池4，它是浓差电池，所以两电极的标准电极电势相同 ? 2+-1(Cu(0.10mol·L)|Cu)= 0.31415 V 在298K下28540（0.81383） = 1.09923 V 实验值E实=1.09402 V即E理 > E实 七、思考题 1、为什么不能用伏特计测量电池的电动势？ 答：因为当把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，这样电池中就发生化学反应，溶液的浓度就会不断改变。同时，电池本身也有内阻，因而伏特计不可能有稳定的数值。所以测量可逆电池的电动势必须在几 篇三：物化实验电动势的测定 实验13 电动势的测定 实验日

21、期：2013-4-13提交报告日期：2013-4-15 1 引言 1.1实验目 1.1.1 掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。 1.1.2 了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。 +2+1.1.3 测定Ag/Ag、Zn/Zn电极电势和Ag浓差电池电动势。 1.2实验原理 1、对消法测电动势的原理 电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生电极极化，结果使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。测量电池电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需用对消法（又叫补偿法）来测定电动势。 对消法的原理是在待

22、测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。 对消法测电动势常用的仪器为电位差计，其简单原理如图1所示。电位差计由三个回路组成：工作电流回路、标准回路和测量回路。 1） 工作电流回路 AB为均匀滑线电阻，通过可变电阻R与工 作电源E构成回路。其作用是调节可变电阻R， 使流过回路的电流为某一定值，这样AB上有一 定的电位降产生。工作电源E可用蓄电池或稳压 电源，其输出电压必须大于待测电池的电动势。 2） 标准回路 S为电动势精确已知的标准电池，C是可在 AB上移动的接触点，K是双向开关，KC间有一 灵敏度很高的检流计G。 3

23、） 测量回路 当双向开关K换向X一方时，用AC2GS回 路根据校正好的AB上的电位降来测量未知电池 的电动势。在保持校准后的工作电流不变（即固 定R）的条件下，在AB上迅速移动到C2点，使 G中无电流通过，此时X的电动势与AC2间的电位降等值反向而对消，于是C2 点所标记的电位降数值即为X的电动势。 2、 电极电势的测量原理 电池是由两个电极（半电池）组成的。电池电动势是两电极电势的代数和。当电极电势均以还原电势表示时， 图1 对消法测电动势原理图 E? 又有 ?=?(?)? 通过这两个式子即可进行电极电势的计算。 在电化学中，电极电势的绝对值至今还无法测定，而是以某一电极的电极电势作为零，

24、然后将其他的电极与它组成电池，规定该电池的电动势为该被测电极的电极电势。通常将标准氢电极（即氢气为101325Pa下的理想气体、溶液中氢离子获度为1）的电极电势规定为零。由于氢电极制备及使用不方便等缺点，一般常用另外一些制备工艺简单、易于复制、电势稳定的电极作为参比电极来代替氢电极。常用的有甘汞电极和氯化银电极等，这些电极与标准氢电极比较而得到的电势已精确测定。 本实验要求制备锌电极、银电极，然后用饱和甘汞电极作参比电极，测量这两个电极 的电极电势、测量银浓差电池的电动势。 2 实验操作 2.1 实验仪器 精密电位差计（包括直流稳压电源、分流器、补偿电位计；标准电池、检流计各1台）；半电池管3

25、个；饱和甘汞电极1只、锌电极1只；银电极2只；15ml小烧杯5个。 0.1000mol/Kg ZnSO4、0.1000mol/Kg AgNO3、0.1000mol/Kg KCl、饱和KCl盐桥、饱和KNO3盐桥、饱和硝酸亚汞溶液。 2.3 实验操作步骤及方法要点 2.3.1电极制备 1）锌电极 用抛光砂纸将锌电极表面打磨光滑，然后用自 来水冲洗，用滤纸擦干，再浸入饱和硝酸亚汞溶 液中3-5秒，取出后用滤纸擦拭锌电极，使锌电 极表面有一层均匀的汞齐，再用蒸馏水洗净（注 意：汞盐有毒，用过的滤纸应投入指定的容器中， 容器中应有水淹没滤纸，切勿随便乱丢）。 2）银电极 将两根银电极用抛光砂纸轻轻擦亮

26、，再用蒸馏 水洗净擦干。把处理好的两根Ag电极浸入AgNO3 溶液中，测量其间的电动势值。两根电极间的电 位差小于0.005伏方可在浓差电池中使用，否则， 需重新处理电极或重新挑选电极。 2.3.2 Zn|ZnSO4半电池的制作和测定 1）Zn|ZnSO4(0.1000mol/L)半电池的制作 安装半电池。用洗耳球从支管D处将(0.1000mol/Kg)ZnSO4溶液慢慢吸入半电池管少许，洗涤两次后，吸入适量溶液，立即把D处夹紧。然后取出半电池，检查管内有无气泡以及溶液是否从管内流出。 2）电动势的测定 参看电位计的使用说明书，弄懂电位差计的使用方法，并接好测量线路。 选择合适的盐桥，然后测量

27、下列电池的电动势： Zn|ZnSO4(0.1000mol/L)|饱和甘汞电极。 2.3.3 Ag|AgNO3半电池的制作和测定 +1） Ag|Ag (0.1000mol/L)半电池的制作 制作方法同Zn|ZnSO4(0.1000mol/L)半电池的制作。 2）同理，选择合适的盐桥，然后测量下列电池的电动势： + 饱和甘汞电极| Ag (0.1000mol/L)| Ag +2.3.4 Ag|Ag(b)KCl(0.1000mol/L)半电池的制作和浓差电池的测定 +1）Ag|Ag(b)KCl(0.1000mol/L)半电池的制作 在一干净的小烧杯中加入0.1000mol/Kg KCl溶液，再加入一

28、滴0.1000mol/Kg AgNO3溶 液，搅拌均匀，呈白色混沌溶液。将此溶液吸入插有银电极的半电池管内，将D处夹紧，检查有无漏气。 2） 同理，选择合适的盐桥，然后测量下列电池的电动势： +Ag|Ag(b)KCl(0.1000mol/L)与Ag|AgNO3(0.1000mol/L) 2.3.5电动势与温度关系的测定 调节恒温槽的温度为20，温度恒定10min后，测定Zn|ZnSO4(0.1000mol/L)|饱和 甘汞电极的电动势。 升温5左右，测定20-50下的电动势。 3 结果与讨论 3.1 实验记录 3.1.1 实验条件 室温：17.7湿度：49%大气压：100.21kPa 3.1.

29、2 电动势的测量 Zn|ZnSO4半电池 1050.5 mV Ag|AgNO3半电池 489.8 mV +Ag|Ag(b)KCl(0.1000mol/L)|Ag|AgNO3(0.1000mol/L)浓差电池 447.9 mV 电动势与温度关系 3.2 数据处理 3.2.1 计算室温下饱和甘汞电极的电极电势。 根据公式?=0.2412 ? 6.61×10?4×（t/?25） 饱和甘汞电极的电极电势： ?=0.2412 ? 6.61×10?4×（17.7?25）=0.2460 V 3.2.2 根据所测电动势的实验值分别计算Zn|Zn和Ag|Ag的电极电势（实验值）。 2+ E1?(Zn2?/Zn) 则 ? ?2+|? =? ? ?1 = 0.2460?1.0505= ?0.8045 V E2?(Ag?/Ag)? 则 ? ?2+|? =?+ ?2 = 0.2460+0.4898= 0.7358 V 3.2.3从附表中查出25下锌电极和银电极及其温度系数以及活度系数，由此计算室温下锌、银的电极电势，并与实验值进行比较，求出相对误差。 d?RT1?(Zn/Zn)?(Zn/Zn)? ?T?lndT2Fb(Zn2?)?2?2? =?0.7628+9.1×10?5× 17.7?25 ? 相对误差为 ?8.31×