饱和甘汞电极课件

基础化学实验Ⅲ基础化学实验Ⅲ实验三原电池电动势的测定及应用Zn实验三原电池电动势的测定及应用Zn一、实验目的掌握对消法测定电动势的原理及电位差计等仪器的使用方法；学会制备铜锌电极、盐桥的方法，学会甘汞电极的使用；了解可逆电池电动势的应用。实验三原电池电动势的测定及应用一、实验目的掌握对消法测定电动势的原理及电位差计等仪器的使用二、实验原理*凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。*要准确测定电池电动势，需在无电流的情况下进行，而对消法可使电池无电流(或极小电流)通过。*可逆电池电动势的测量在物理化学实验中占有重要地位，应用十分广泛，如平衡电极电势、溶度积、溶液pH值、浓差电池的电势、活度系数、络合常数、溶液中离子的活度以及某些热力学函数的改变量等，均可以通过电池电动势的测定来求得。实验三原电池电动势的测定及应用二、实验原理*凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(

(一)电极电势的测定可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为φ+，负极电势为φ–，则：

E＝φ+–φ–

电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极(其电极电势规定为零)作为标准，与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极，如：甘汞电极、银-氯化银电极等。实验三原电池电动势的测定及应用(一)电极电势的测定可逆电池的电动势可看作正、负两个电极本实验是测定金属电极的电极电势。将待测电极与饱和甘汞电极组成如下电池：Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜KCl(饱和溶液)‖Mn＋(a±)｜M(S)金属电极的反应为：Mn++ne→M甘汞电极的反应为：2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e电池电动势为：式中：a(Mn+）=±m±/mө实验三原电池电动势的测定及应用本实验是测定金属电极的电极电势。式中：a(Mn+）φ(饱和甘汞)=0.24240–7.6×10-4(t–25)(t为℃)实验三原电池电动势的测定及应用φ(饱和甘汞)实验三原电池电动势的测定及应用(二)测定溶液的pH值利用各种氢离子指示电极与参比电极组成电池，即可从电池电动势算出溶液的pH值，常用指示电极有：氢电极、醌氢醌电极和玻璃电极。这里讨论醌氢醌(Q·QH2)电极。Q·QH2为醌(Q)与氢醌(QH2)等摩尔混合物，在水溶液中部分分解。实验三原电池电动势的测定及应用(二)测定溶液的pH值利用各种氢离子指示电极与参比电极组成醌氢醌在水中溶解度很小。将待测pH溶液用醌氢醌饱和后，再插入一只光亮Pt电极就构成了醌氢醌电极。甘汞电极Pt电极在待测液中加入醌氢醌，搅拌均匀，成饱和溶液实验三原电池电动势的测定及应用醌氢醌在水中溶解度很小。将待测pH溶液用醌氢醌饱和后，再插入Q·QH2电极反应为：Q+2H++2e→QH2因为在稀溶液中a(H+)=c(H+)

，所以：φ(Q·QH2)=φө(Q·QH2)–

(2.303RT/F)pH(25℃)Hg(l)-Hg2Cl2(s)|饱和KCl溶液‖

待测pH溶液(Q·QH2饱和)｜Pt(S)醌氢醌电极和甘汞电极构成如下电池：实验三原电池电动势的测定及应用Q·QH2电极反应为：Q+2H++2e→QH2Hg(可见，Q·QH2电极的作用相当于一个氢电极，电池的电动势为：E=φ+–φ–

=φө(Q·QH2)–(2.303RT/F)pH–φ(饱和甘汞)其中φө(Q·QH2)=0.6994－7.4×10-4(t－25)，

φ

(饱和甘汞)=0.24240–7.6×10-4(t–25)(t为℃)。实验三原电池电动势的测定及应用可见，Q·QH2电极的作用相当于一个氢电极，其中φө(Q·Q（三）测定浓差电池的电动势电池的电动势Cu(s)｜CuSO4(0.0100mol.kg-1)‖CuSO4(0.100mol·kg-1)｜Cu(s)设计电池如下：(m1)(m2)(3)实验三原电池电动势的测定及应用（三）测定浓差电池的电动势电池的电动势Cu(s)｜CuSO4三、实验用品UJ33d-2数字电位差计一套；铂电极；银电极；铜电极；锌电极；饱和甘汞电极；盐桥；恒温装置一套。AgNO3溶液(0.1000mol·kg-1)；CuSO4溶液(0.1000mol·kg-1)；ZnSO4溶液(0.100mol·kg-1)；镀铜溶液；镀银溶液；盐桥液；醌氢醌(固体)；未知pH值溶液。电位差计的工作原理及使用方法见常用仪器（三）实验三原电池电动势的测定及应用三、实验用品UJ33d-2数字电位差计一套；铂电极；银电极；四、实验步骤1.电极的处理（1）将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻，取出洗净，用水冲洗晾干后，插入0.1000mol·kg-1ZnSO4溶液中待用。（2）对铜电极和银电极进行电镀后放入待测溶液中或将铜电极和银电极用金相砂纸打磨之光亮，然后用蒸馏水洗净备用。（3）将少量醌氢醌固体加入到待测的未知pH溶液中，搅拌使其成饱和溶液，然后插入干净的铂电极。实验三原电池电动势的测定及应用四、实验步骤1.电极的处理实验三原电池电动势的测定及2.盐桥的制备采用简易法将盐桥液（饱和KNO3或KCl）注入U型管中，加满后用捻紧的滤纸塞紧U型管两端即可，管中不能存有气泡。实验三原电池电动势的测定及应用2.盐桥的制备实验三原电池电动势的测定及应用3.测定以下四个原电池的电动势（1）Zn(S)｜ZnSO4(0.1000mol·kg-1)‖KCl(饱和溶液)｜Hg2Cl2(S)-Hg(l)（2）Zn(S)｜ZnSO4(0.1000mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S)（3）Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜饱和KCl溶液‖

待测pH溶液(Q·QH2饱和)｜Pt(S)（4）Cu(S)｜CuSO4(0.0100mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S)实验三原电池电动势的测定及应用3.测定以下四个原电池的电动势实验三原电池电动势的测定五、数据处理由测定的电池电动势数据1.利用公式(1)计算锌的标准电极电势。已知：0.1000mol·kg-1ZnSO4

的±=0.152.根据公式(2)计算未知溶液的pH值。3.将计算结果与文献值比较实验三原电池电动势的测定及应用五、数据处理由测定的电池电动势数据实验三原电池电动势的测六、思考题1.电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用？如何保护及正确使用？2.参比电极应具备什么条件？它有什么功用？3.盐桥有什么作用？选用作盐桥的物质应有什么原则？4.UJ-25型电位差计测定电动势过程中，有时检流计总往一个方向偏转，分析原因。实验三原电池电动势的测定及应用六、思考题1.电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什一、实验目的

了解溶液电导的基本概念。学会电导（率）仪的使用方法。掌握溶液电导的测定及应用。实验四电导的测定及应用一、实验目的了解溶液电导的基本概念。实验四电导的测定及二、仪器与试剂

1、仪器

DDSJ-308A型电导率仪1台；超级恒温水浴1套；电导池1只；DJS-1C型电导电极1支；容量瓶（100ml）5只；移液管（25ml、50ml）各1支；洗瓶1只；洗耳球1只。

2、试剂

100.0mol·m-3HAc溶液；CaF2（分析纯）。实验四电导的测定及应用二、仪器与试剂1、仪器实验四电导的测定及应用三、实验原理1、弱电解质电离常数的测定

AB型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数Kc与原始浓度c和电离度有以下关系：-------------（1）在一定温度下Kc是常数，因此可以通过测定AB型弱电解质在不同浓度时的α代入（1）式求出Kc

。实验四电导的测定及应用三、实验原理1、弱电解质电离常数的测定-------------------(2)

电解质溶液电导（G）的大小与两电极之间的距离（l）成反比，与电极的面积（A）成正比：式中l/A为电导池常数，以Kcell

表示；κ为电导率。其物理意义：在两平行而相距1m，面积均为1m2的两电极间，电解质溶液的电导称为该溶液的电导率，其单位以SI制表示S·m-1

(c·g·s制表示为S·cm-1)。实验四电导的测定及应用---------(2)电解质溶液电导（G）的由于电极的l和A不易精确测量，因此在实验中常用一种已知电导率值的溶液先求出电导池常数Kcell，然后把待测溶液放入该电导池测出其电导值，再根据（2）式求出其电导率。

图1电导池和电导电极实验四电导的测定及应用由于电极的l和A不易精确测量，因此在实验中常用一种已知醋酸的电离度可用电导法来测定。溶液的摩尔电导率是指把含有1mol电解质的溶液置于相距为1m的两平行板电极之间的电导。以Λm表示，其单位以SI单位制表示为S·m2·mol-1(以c·g·s单位制表示为S·cm2·mol-1)。

----------------------（3）式中，c为该溶液的浓度，其单位以SI单位制表示为mol·m-3。对于弱电解质溶液来说，可以认为：摩尔电导率与电导率的关系：实验四电导的测定及应用醋酸的电离度可用电导法来测定。溶液的摩尔电导率是指把------------------------（4）

Λm∞是溶液在无限稀释时的摩尔电导率。对于弱电解质（如HAc等），Λm∞

可由离子独立移动定律求得。因此弱电解质HAc的Λm∞

可由强电解质HCl、NaAc和NaCl的Λm∞

代数和求得:实验四电导的测定及应用------------------------（4）Λ把（4）式代入（1）式可得：

-----（5）或

----(6)以对

作图，如知道值，就可算出

KC

。其直线的斜率为1/m实验四电导的测定及应用把（4）式代入（1）式可得：-----（5）或2、CaF2饱和溶液溶度积（Ksp）的测定CaF2的溶解平衡可表示为：

CaF2Ca2++2F－-----(7)因微溶盐的溶解度很小，饱和溶液的浓度则很低，所以(3)式中可以认为就是（盐），-----------（8）

则有实验四电导的测定及应用2、CaF2饱和溶液溶度积（Ksp）的测定CaF2的溶解平衡c为饱和溶液中微溶盐的溶解度，

κ(盐)为纯微溶盐的电导率。----（9）

这样利用电导法可方便地求出微溶盐的溶解度，将其代入(7)式即得溶度积Ksp。注意，在实验中所测定的饱和溶液的电导率值为盐和水的电导率之和：实验四电导的测定及应用c为饱和溶液中微溶盐的溶解度，κ(盐)为纯微溶盐的电导率。四、实验步骤(1)溶液配制在100mL容量瓶中配制浓度为原始醋酸(100.0mol·m-3)浓度的1/4；1/8；1/16；1/32；1/64的溶液5份。(2)将恒温槽温度调至(25.0±0.1)℃或(30.0±0.1)℃，按图1所示使恒温水流经电导池夹层。(3)测定电导水的电导(率)

用电导水洗涤电导池和铂黑电极2～3次，然后注入电导水，恒温后测其电导(率)值，重复测定三次。1、HAc电离常数的测定实验四电导的测定及应用四、实验步骤(1)溶液配制1、HAc电离常数的测定实验四(4)测定HAc溶液的电导(率)倾去电导池中电导水，将电导池和铂黑电极用少量待测溶液洗涤2～3次，最后注入待测溶液。恒温约10min，用电导(率)仪测其电导(率)，每份溶液重复测定三次。按照浓度由小到大的顺序，测定5种不同浓度HAc溶液的电导(率)。实验四电导的测定及应用(4)测定HAc溶液的电导(率)倾去电导池中电2、CaF2(或BaSO4)饱和溶液溶度积Ksp的测定取约1gCaF2(或BaSO4)，加入约80mL电导水，煮沸3～5min，静置片刻后倾掉上层清液。再加电导水,煮沸、再倾掉清液，连续进行五次，第四次和第五次的清液放入恒温槽中恒温，分别测其电导率。若两次测得的电导率值相等，则表明CaF2(或BaSO4)中的杂质已清除干净，清液即为饱和CaF2(或BaSO4)溶液。实验完毕后仍将电极浸在蒸馏水中。实验四电导的测定及应用2、CaF2(或BaSO4)饱和溶液溶度积Ksp的测定五、注意事项1.电导池不用时，应把铂黑电极浸在蒸馏水中，以免干燥致使表面发生改变。2.实验中温度要恒定，测量必须在同一温度下进行。恒温槽的温度要控制在(25.0±0.1)℃或(30.0±0.1)℃。3.测定前，必须将电导电极及电导池洗涤干净以免影响测定结果。实验四电导的测定及应用五、注意事项1.电导池不用时，应把铂黑电极浸在蒸馏水中，以免六、思考题1.为什么要测电导池常数？如何得到该常数？2.测电导时为什么要恒温？实验中测电导池常数和溶液电导，温度是否要一致？3.实验中为何用镀铂黑电极？使用时注意事项有哪些？实验四电导的测定及应用六、思考题1.为什么要测电导池常数？如何得到该常数？实验基础化学实验Ⅲ基础化学实验Ⅲ实验三原电池电动势的测定及应用Zn实验三原电池电动势的测定及应用Zn一、实验目的掌握对消法测定电动势的原理及电位差计等仪器的使用方法；学会制备铜锌电极、盐桥的方法，学会甘汞电极的使用；了解可逆电池电动势的应用。实验三原电池电动势的测定及应用一、实验目的掌握对消法测定电动势的原理及电位差计等仪器的使用二、实验原理*凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。*要准确测定电池电动势，需在无电流的情况下进行，而对消法可使电池无电流(或极小电流)通过。*可逆电池电动势的测量在物理化学实验中占有重要地位，应用十分广泛，如平衡电极电势、溶度积、溶液pH值、浓差电池的电势、活度系数、络合常数、溶液中离子的活度以及某些热力学函数的改变量等，均可以通过电池电动势的测定来求得。实验三原电池电动势的测定及应用二、实验原理*凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(

(一)电极电势的测定可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为φ+，负极电势为φ–，则：

E＝φ+–φ–

电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极(其电极电势规定为零)作为标准，与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极，如：甘汞电极、银-氯化银电极等。实验三原电池电动势的测定及应用(一)电极电势的测定可逆电池的电动势可看作正、负两个电极本实验是测定金属电极的电极电势。将待测电极与饱和甘汞电极组成如下电池：Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜KCl(饱和溶液)‖Mn＋(a±)｜M(S)金属电极的反应为：Mn++ne→M甘汞电极的反应为：2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e电池电动势为：式中：a(Mn+）=±m±/mө实验三原电池电动势的测定及应用本实验是测定金属电极的电极电势。式中：a(Mn+）φ(饱和甘汞)=0.24240–7.6×10-4(t–25)(t为℃)实验三原电池电动势的测定及应用φ(饱和甘汞)实验三原电池电动势的测定及应用(二)测定溶液的pH值利用各种氢离子指示电极与参比电极组成电池，即可从电池电动势算出溶液的pH值，常用指示电极有：氢电极、醌氢醌电极和玻璃电极。这里讨论醌氢醌(Q·QH2)电极。Q·QH2为醌(Q)与氢醌(QH2)等摩尔混合物，在水溶液中部分分解。实验三原电池电动势的测定及应用(二)测定溶液的pH值利用各种氢离子指示电极与参比电极组成醌氢醌在水中溶解度很小。将待测pH溶液用醌氢醌饱和后，再插入一只光亮Pt电极就构成了醌氢醌电极。甘汞电极Pt电极在待测液中加入醌氢醌，搅拌均匀，成饱和溶液实验三原电池电动势的测定及应用醌氢醌在水中溶解度很小。将待测pH溶液用醌氢醌饱和后，再插入Q·QH2电极反应为：Q+2H++2e→QH2因为在稀溶液中a(H+)=c(H+)

，所以：φ(Q·QH2)=φө(Q·QH2)–

(2.303RT/F)pH(25℃)Hg(l)-Hg2Cl2(s)|饱和KCl溶液‖

待测pH溶液(Q·QH2饱和)｜Pt(S)醌氢醌电极和甘汞电极构成如下电池：实验三原电池电动势的测定及应用Q·QH2电极反应为：Q+2H++2e→QH2Hg(可见，Q·QH2电极的作用相当于一个氢电极，电池的电动势为：E=φ+–φ–

=φө(Q·QH2)–(2.303RT/F)pH–φ(饱和甘汞)其中φө(Q·QH2)=0.6994－7.4×10-4(t－25)，

φ

(饱和甘汞)=0.24240–7.6×10-4(t–25)(t为℃)。实验三原电池电动势的测定及应用可见，Q·QH2电极的作用相当于一个氢电极，其中φө(Q·Q（三）测定浓差电池的电动势电池的电动势Cu(s)｜CuSO4(0.0100mol.kg-1)‖CuSO4(0.100mol·kg-1)｜Cu(s)设计电池如下：(m1)(m2)(3)实验三原电池电动势的测定及应用（三）测定浓差电池的电动势电池的电动势Cu(s)｜CuSO4三、实验用品UJ33d-2数字电位差计一套；铂电极；银电极；铜电极；锌电极；饱和甘汞电极；盐桥；恒温装置一套。AgNO3溶液(0.1000mol·kg-1)；CuSO4溶液(0.1000mol·kg-1)；ZnSO4溶液(0.100mol·kg-1)；镀铜溶液；镀银溶液；盐桥液；醌氢醌(固体)；未知pH值溶液。电位差计的工作原理及使用方法见常用仪器（三）实验三原电池电动势的测定及应用三、实验用品UJ33d-2数字电位差计一套；铂电极；银电极；四、实验步骤1.电极的处理（1）将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻，取出洗净，用水冲洗晾干后，插入0.1000mol·kg-1ZnSO4溶液中待用。（2）对铜电极和银电极进行电镀后放入待测溶液中或将铜电极和银电极用金相砂纸打磨之光亮，然后用蒸馏水洗净备用。（3）将少量醌氢醌固体加入到待测的未知pH溶液中，搅拌使其成饱和溶液，然后插入干净的铂电极。实验三原电池电动势的测定及应用四、实验步骤1.电极的处理实验三原电池电动势的测定及2.盐桥的制备采用简易法将盐桥液（饱和KNO3或KCl）注入U型管中，加满后用捻紧的滤纸塞紧U型管两端即可，管中不能存有气泡。实验三原电池电动势的测定及应用2.盐桥的制备实验三原电池电动势的测定及应用3.测定以下四个原电池的电动势（1）Zn(S)｜ZnSO4(0.1000mol·kg-1)‖KCl(饱和溶液)｜Hg2Cl2(S)-Hg(l)（2）Zn(S)｜ZnSO4(0.1000mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S)（3）Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜饱和KCl溶液‖

待测pH溶液(Q·QH2饱和)｜Pt(S)（4）Cu(S)｜CuSO4(0.0100mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S)实验三原电池电动势的测定及应用3.测定以下四个原电池的电动势实验三原电池电动势的测定五、数据处理由测定的电池电动势数据1.利用公式(1)计算锌的标准电极电势。已知：0.1000mol·kg-1ZnSO4

的±=0.152.根据公式(2)计算未知溶液的pH值。3.将计算结果与文献值比较实验三原电池电动势的测定及应用五、数据处理由测定的电池电动势数据实验三原电池电动势的测六、思考题1.电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用？如何保护及正确使用？2.参比电极应具备什么条件？它有什么功用？3.盐桥有什么作用？选用作盐桥的物质应有什么原则？4.UJ-25型电位差计测定电动势过程中，有时检流计总往一个方向偏转，分析原因。实验三原电池电动势的测定及应用六、思考题1.电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什一、实验目的

了解溶液电导的基本概念。学会电导（率）仪的使用方法。掌握溶液电导的测定及应用。实验四电导的测定及应用一、实验目的了解溶液电导的基本概念。实验四电导的测定及二、仪器与试剂

1、仪器

DDSJ-308A型电导率仪1台；超级恒温水浴1套；电导池1只；DJS-1C型电导电极1支；容量瓶（100ml）5只；移液管（25ml、50ml）各1支；洗瓶1只；洗耳球1只。

2、试剂

100.0mol·m-3HAc溶液；CaF2（分析纯）。实验四电导的测定及应用二、仪器与试剂1、仪器实验四电导的测定及应用三、实验原理1、弱电解质电离常数的测定

AB型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数Kc与原始浓度c和电离度有以下关系：-------------（1）在一定温度下Kc是常数，因此可以通过测定AB型弱电解质在不同浓度时的α代入（1）式求出Kc

。实验四电导的测定及应用三、实验原理1、弱电解质电离常数的测定-------------------(2)

电解质溶液电导（G）的大小与两电极之间的距离（l）成反比，与电极的面积（A）成正比：式中l/A为电导池常数，以Kcell

表示；κ为电导率。其物理意义：在两平行而相距1m，面积均为1m2的两电极间，电解质溶液的电导称为该溶液的电导率，其单位以SI制表示S·m-1

(c·g·s制表示为S·cm-1)。实验四电导的测定及应用---------(2)电解质溶液电导（G）的由于电极的l和A不易精确测量，因此在实验中常用一种已知电导率值的溶液先求出电导池常数Kcell，然后把待测溶液放入该电导池测出其电导值，再根据（2）式求出其电导率。

图1电导池和电导电极实验四电导的测定及应用由于电极的l和A不易精确测量，因此在实验中常用一种已知醋酸的电离度可用电导法来测定。溶液的摩尔电导率是指把含有1mol电解质的溶液置于相距为1m的两平行板电极之间的电导。以Λm表示，其单位以SI单位制表示为S·m2·mol-1(以c·g·s单位制表示为S·cm2·mol-1)。

----------------------（3）式中，c为该溶液的浓度，其单位以SI单位制表示为mol·m-3。对于弱电解质溶液来说，可以认为：摩尔电导率与电导率的关系：实验四电导的测定及应用醋酸的电离度可用电导法来测定。溶液的摩尔电导率是指把------------------------（4）

Λm∞是溶液在无限稀释时的摩尔电导率。对于弱电解质（如HAc等），Λm∞

可由离子独立移动定律求得。因此弱电解质HAc的Λm∞

可由强电解质HCl、NaAc和NaCl的Λm∞

代数和求得:实验四电导的测定及应用------------------------（4）Λ把（4）式代入（1）式可得：

-----（5）或

----(6)以对

作图，如知道值，就可算出

KC

。其直线的斜率为1/m实验四电导的测定及应用把（4）式代入（1）式可得：-----（5）或2、CaF2饱和溶液溶度积（Ksp）的测定CaF2的溶解平衡可表示为：

CaF2Ca2++2F－-----(7)因微溶盐的溶解度很小，饱和溶液的浓度则很低，所以(3)式中可以认为就是（盐），-----------（8）

则有实验四电导的测定及应用2、CaF2饱和溶液溶度积（K