实验二 原电池电动势的测定及应用

实验二原电池电动势的测定及应用第一页，共二十八页，编辑于2023年，星期二一、实验目的

(1)掌握对消法测量电池电动势的原理。(2)学习一些电极和盐桥的制备和处理方法。(3)熟悉电位差计的使用方法。（4）通过原电池电动势的测定求算热力学函数。第二页，共二十八页，编辑于2023年，星期二

原电池是将化学能转变为电能的装置，它是由两个“半电池”组成。每一个半电池中有一个电极和相应的电解质溶液。电池在放电反应过程中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电池反应是电池中两个电极反应的总和，其电动势为组成该电池的两个电极的电极电势的代数和.二、实验原理

第三页，共二十八页，编辑于2023年，星期二当电极电势均以还原电势表示时，若正极的电极电势为，负极的电极电势为，则：

式中:E──电池的电动势,单位为V。、──分别为正、负电极的电极电势，单位V。

第四页，共二十八页，编辑于2023年，星期二

测量原电池的电动势，要在接近热力学可逆条件下进行，即在无电流通过的情况下测量，不能直接用伏特计测量。因为用伏特计测量时有电流通过电池内部和伏特计，电池内部会发生化学反应，而使浓度改变，电极被极化，测量处于非平衡状态。另外，电池本身存在内电阻，所以伏特计测得的只是两电极间的电势差，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过、电池处在平衡状态下，才能测量到电池的电动势。采用电位差计可以在无电流通过时，测得在平衡状态下电池的电动势。第五页，共二十八页，编辑于2023年，星期二对消法测量原电池电动势的原理示意图

第六页，共二十八页，编辑于2023年，星期二通过对电池电动势的测量可求算某些反应的H，S，G等热力学函数，电解质的平均活度系数，难溶盐的活度积和溶液的pH等物理化学参数。但用电动势的方法求如上数据时，必须是能够设计成一个可逆电池，该电池所构成的反应应该是所求的化学反应。

第七页，共二十八页，编辑于2023年，星期二Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)

正极：Ag++e-→Ag负极：2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e-电池电动势为

1.求银电极的标准电极电势

第八页，共二十八页，编辑于2023年，星期二

2.用电动势法求AgCl的Ksp

Ag(s)|AgCl(s)KCl(m1)|AgNO3(m2)|Ag

(s)该电池的电极反应为：负极反应：Ag(s)＋Cl－(m1)AgCl(s)＋e-正极反应：Ag＋(m2)＋e-Ag(s)电池总反应：Ag＋(m2)＋Cl－(m1)AgCl(s)

第九页，共二十八页，编辑于2023年，星期二又因为GQ=－nFEQ

=

(该反应n=1)，EQ

=第十页，共二十八页，编辑于2023年，星期二第十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期二Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(s)

醌氢醌(Q·QH2)为醌(Q)和氢醌(QH2)等摩尔混合物，在水中溶解度很小。醌氢醌电极作为正极的电极反应为：其电极电势为:

3.测定溶液的pH值

第十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期二若用饱和甘汞电极作参比电极，当溶液的pH<7.7时，醌氢醌为还原电极(正极)，则所组成的电池的电动势为：(当溶液的pH>7．7时，醌氢醌电极为负极)

第十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期二式中醌氢醌电极的标准电极电势，饱和甘汞电极的电势的值均与温度有关，它们与温度的关系为：因此，若测定了电池的电动势，根据便可求得溶液的pH值。

第十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期二三、仪器与试剂电动势测定仪1台铂电极1只银电极1只银氯化银电极1只饱和甘汞电极1只盐桥1只加热套烧杯50ml6只

250ml1只饱和氯化钾溶液0.1000MAgNO3溶液饱和醌氢醌的未知pH溶液琼脂饱和KNO3溶液第十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期二四、实验步骤盐桥的制备

称40gKNO3溶液100g蒸馏水中，搅拌溶解静置，取上层饱和溶液。称取3g琼脂，浸泡1-2分钟，再慢慢加热至沸腾，待琼脂全部溶解后，趁热将其注入U型管中，注入时不能有气泡，擦干外壁，冷却待用。注意：配一份溶液，装6只U型管。第十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期二2.电极的准备铂电极先用丙酮浸泡1分钟，再用蒸馏水淋洗，浸入蒸馏水。饱和甘汞电极和饱和氯化银电极使用前用蒸馏水淋洗，浸入蒸馏水。银电极用细砂纸轻轻打磨露出新鲜金属光泽，蒸馏水洗净，浸入蒸馏水。注意：进入电解液前需擦干。第十七页，共二十八页，编辑于2023年，星期二SDC-Ⅲ型综合数字电位差测试仪（操作面板）第十八页，共二十八页，编辑于2023年，星期二3.数字式电位差计的校正与测定插上电源，打开仪器开关，稳定10min.校正：打至标定档，将红黑（正负）导线一端插入“标定”接口，另一端连接内部标准电池，通过快速调节装置上6个旋钮，使电位为标准值。测量：将旋钮打至”测定档”位，将红黑导线一端插入“测量”接口，一端连接组合电池的正负极，通过快速调节装置上6个旋钮，使右侧减零窗口为0，记录此时电位指示值即为该电池的电动势。第十九页，共二十八页，编辑于2023年，星期二

①Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)②Ag(s)+AgCl(s)∣KCl(饱和)‖

AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)③Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(s)4．测定下列各电池在室温下的电动势

第二十页，共二十八页，编辑于2023年，星期二(1)(2)(3)插入盐桥银|氯化银电极插入装有30mL饱和KCl溶液的50mL烧杯中银电极插入装有30mL

0.1mol·L-1AgNO3

溶液的50mL烧杯中铂电极插入装有30mL饱和有醌氢醌的未知pH溶液的50mL烧杯中插入盐桥插入盐桥饱和甘汞电极插入装有30mL饱和KCl溶液的50mL烧杯中饱和甘汞电极插入装有30mL饱和KCl溶液的50mL烧杯中银电极插入装有30mL

0.1mol·L-1AgNO3

溶液的50mL烧杯中0.1mol·L-1AgNO30.1mol·L-1AgNO3饱和有醌氢醌的未知pH溶液第二十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期二5.实验整理实验完毕后，将盐桥放在水中加热溶解，洗净。各电极洗净擦干保存。将仪器电源关闭，并将各仪器复原，仪器摆放整齐。

第二十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期二室温：℃大气压：kPa被测电池

电池电动势∕V第一次第二次平均值①②③五、数据记录与处理表1电池电动势测量数据第二十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期二

①Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)

求银电极的标准电极电势

②Ag(s)+AgCl(s)∣KCl(饱和)‖

AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)求AgCl在室温下的Ksp③Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(s)

求溶液的pH值。数据处理：第二十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期二六、注意事项(1)连接仪器与待测电池时，正负极不要接反。(2)盐桥的两端应标好记号，让标负号的一端始终与含氯离子的溶液接触。(3)测定时，先从最上端旋钮开始调，快速找到平衡点，以防止电流通过时改变电极表面的平衡状态。第二十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期二七、问题讨论

（1）为什么不能用伏特计测量电池的电动势?（2）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥?第二十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期二

（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，由于电池放电，不断发生化学反应，有电流流出，电池中溶液的浓度不断改变，因而电动势也会有变化。另外，电池本身有内电阻，所以用伏特计所测量出的只是两电极间的电势差，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时，测量到的电势差才是电池的电动势。参考答案第二十七页，共二十八页，