华师物化实验原电池电动势的测定与应用

1、华南师范大学实验报告学生姓名：学号：专业：化学师范年级、班级：201级1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】掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法；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；加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解；测定电池(1)的电动势；了解可逆电池电动势测定的应用；根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不同温度下的电动势值，计算电池反应的热力学函数、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

2、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“|”表示两相界面，液相与液相之间一般加上盐桥，以符号“”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EEE以铜锌电池为例。铜锌电池又称丹尼尔电池()，是一种典型的原电池。此电池可用图示表示如下：ZnZnSO(aImolg)：:CuSO(a1molg)Cu4142左边为阳极，起氧化反应ZnZn2(a)2ei其电极电势为EEE竺In竺吐2Fa(Zn2*)右边为阴极，起还原反应Cu2,(a)2eCu2其电极电势EEERTlna(Cu)阴2Fa(Cu2)总的电池反应ZnCu2(a)

3、4=-Zn2(a)Cu21原电池电动势E(E)竺lna(Zn2)ERTlna(Zn2)2Fa(Cu2)2Fa(Cu2)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：.原电池Hg(l)HC(s)KCl(饱和)、AgNO(O.OImolm)Ag(s)阳极电极电势E/VE/V0.2410B7.610(t/C25)Hg2Cl2(s)/Hg阴极电极电势EEERTlna(Ag)Ag/AgAg/AgFE/V0.7990.00097(t/C25)Ag/Ag原电池电动势EEEERTlna(Ag)EAg/AgFHg2Cl2(s)/

4、Hg原电池AgAgCl(s)KCl(0.1molm)：:AgNO(0.01molmB)Ag3阳极电极电势AgCl(S)/Ag孚lna(Cl)EgCl(S)/Ag/V0-22210-000645(t/C25)阴极电极电势原电池电动势EEERTlna(Ag)Ag/AgAg/AgFEEEEAg/AgAgCl(S)/AgRTlnCl)a(Ag)F其中0.01molgAgNO的0.9030.1molgKC/的，0.77稀水溶液中molm*浓度可近似取molg浓度的数值。电池Hg(l)HgCl(s)KCl(饱和)22H(0.1molmHAc0.1molmNaAc),Q曲QPt2阳极电极电势E/VE/V0.

5、2410B7.60*(t/CB25)Hg2Cl2(s)/Hg阴极电极电势EEERTIna(H)Q/H2QQ/H2QFE/V0.69947.410(t/C25)Q/H2Q原电池电动势EEEERTIna(H)EQ/H2QFHg2Cl2(s)/HgE2.303RP=EQ/H2QFHg2Cl2(s)/Hg即E，EE)pHQ/H2eHg2C?2(s)/Hg(2.303RT2/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（HAcNaAc缓冲溶液）的值。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

6、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（），由此可求出许多热力学函数，如计算相应p电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变GzFE，摩尔反应焓rmHzFEzFTE）及摩尔反应熵SzF（）等。rmTprmTp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）、G（298.15K）、和S歌298.15K）。rmrm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G、h、S等比用量热法或化学平衡常数法求rmrmrm得的热力学数据更为准确可靠。

7、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】-数字电位差计（含附件）1台溶液标准电池1个溶液甘汞电极（饱和）1支溶液银-氯化银电极1支溶液光铂电极1支醌氢醌固体粉末（黑色）银电极1支盐桥3个吸耳球1个烧杯1个洗瓶个广口瓶个饱和氯化钾溶液移掖管开m关9xiomv0MI01和在215烧杯中，咖入00蒸馏水计;【实验步骤J?方法：用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶觉拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入解。然干净的形管中，两端要装满，中间不能有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用。制备好的盐桥不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，

8、防止盐桥干涸。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。将一个小烧杯洗净后，用数毫升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。测定电池的电动势根据公式计算实验温度下电池（）的电动势理论值。正确接好测量电池（）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。用数字电位差计测量电池（）的电动势。每隔测一次，共测三次。接通恒温槽电源进行恒温，使其分别达到C测、C,温度波动范围要求控制在正负c之内。把被测电池放入恒温槽中恒温，同时将原电池引出

9、线连接到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，每分钟测次，直至电位差计读书稳定为止。O然后调节恒温槽，令恒温升温。C，重复上述操作，然后再升温并进行测定。O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】室温：.气压:测定值测定平均值理论计算值相对误差一次二次三次测量温度：.测定值测定平均值理论计算值相对误差一次二次三次0.70()饱和甘汞E0.4540V理论Ag/Ag饱和甘汞室温：.气压:次序CEE*E电池反应y=-0.00025X+0.541E/T12回归方电池反应TOC o 1-5 h zE0加阳Uf

10、0.8112w)0.0005Srmrm|nFTPGrmnFEHrmFEnFTTP=，1二96500，mEo=l0.581得：ArSm=196500-(ArGm=1X96500X0.1(-+ArHm二0.000581(m1k.1为99.610-.1电池总反应:1Hg(l)Cl(饱和)Ag(aq)-HgCl(s)Ag(s)222查参考文献得（、（、各自的的标准生成焓变AfHm、标准生成自由能变AfGm及标准熵Sm，由此计算出电池反应的AfHm、AfGm、AfSm如下所示.a(q的AfHm、AfGm及SmAfHm(9AfGim(9Smn9(mH(005.0(Cl(aq)-167

11、.44-131.1755.20AAAAAA相对误差：（相对误差：（相对误差：（【结果讨论】从以上的实验结果可以看出本次的实验误差较大，分析其可能原因有如下几点：/l1）只有在电流无限小的情况下测量，才能达到可逆电池的要求，但在实验过程中电流无法达到无限小仍存在一定值的电流，于是产生的极化作用破坏了电池的可逆性，使电动势偏离可逆值。2）仪器的不稳定带来较大误差，电极上较长时间的有电流通过，会发生电池反应使得溶液浓度下降、电极表面极化，这样可逆电极变成不可逆的，会给实验带来较大误差。而实验中所用仪器不稳定，需要较长的时间才能大致调节到平衡，即使是同一个电动势值，在很短的时间内测得的数据都有较大波动

12、，所以不能很快调节到平衡是实验的误差主要来源。3）恒温槽温度存在波动，电流不均匀，会造成不稳定，此外实验中采用盐桥来消除液接电位，但实际实验中不能保证盐桥能够完全消除液接电位。4）本实验的理论参考数据是在标准状况下的数值，而实验过程中的温度和大气压都有变化，所以计算的误差也较大。【思考题】为何测电动势要用对消法？对消法的原理是什么？答：电池电动势不能用伏特计直接测量，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，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压。而测量可逆电池的电动势，只能在无电流通过电池的情况下进行，因此，采用对消法。对消法是在待

13、测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势。电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用？答：电位差计：利用补偿法测定被测电极电动势；标准电池：提供稳定的已知数值的电动势，以此电动势来计算未知电池电动势。检流计：指示通过电路的电流是否为零；工作电池：为整个电路提供电源，其值不应小于标准电池或待测电池的值。电池反应测电动势为何要用盐桥？如何选用盐桥以适合不同的体系？答：(1)对于双液电池电动势的测定需用盐桥消除液体接界电势。()选择盐桥中电解质的要求是：高浓度(通常是饱和溶液)；电解质正、负离子的迁移速率接近相等；不与电池中的溶液发生反应。具体选择时应防止盐桥中离子与原电池溶液中的物质发生反应，如原电池溶液中含有能与作用而产生沉淀的、离子或含有能不离子作用的-离子，则不可使用盐桥，应选用或盐桥3在测定电动势过程中，若检流计的指针总往一个方向偏转，可能是何原因？答：若调不到零点，可能的原因有：()电池(包括工作电池、标准电池和待测电池)的正负极接反了；()电路中的某处有断路；()标准电池或待测电池的电动势大于工作电池的电动势，超出测量范围。若电池极性接反了有什么后果