电动势的测定及其应用(实验报告)

试验报告电动势的测定及其应用一.试验目的把握对消法测定电动势的原理及电位差计，检流计及标准电池使用留意事项及简洁原理。学会制备银电极，银氯化银电极，盐桥的方法。了解可逆电池电动势的应用。二.试验原理原电池由正、负两极和电解质组成。电池在放电过程中，正极上发生复原反响，负极则发生氧化反响，电池反响是电池中全部反响的总和。电池除可用作电源外，还可用它来争论构成此电池的化学反响的热力学性质，从化学热力学得知，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反响有以下关系：△rG=-nFE式中△rG是电池反响的吉布斯自由能增量；n为电极反响中电子得失数；F为法拉第常数；E为电池的电动势。从式中可知，测得电池的电动势E后，便可求得△rG,进而又可求得其他热力学参数。但须留意，首先要求被测电池反响本身是可逆的，即要求电池的电极反响是可逆的，并且不存在不行逆的液接界。同时要求电池必需在可逆状况下工作，即放电和充电过程都必需在准平衡状态下进展，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此，在用电化学方法争论化学反响的热力学性质时，所设计的电池应尽量避开消灭液接界，在准确度要求不高的测量中，常用“盐桥”来减小液接界电势。为了使电池反响在接近热力学可逆条件下进展，一般均承受电位差计测量电池的电动势。原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能分别测定出两个电极的电势，就可计算得到由它们组成的电池电动势。附【试验装置】〔阅读了解〕UJ25型电位差计UJ25型箱式电位差计是一种测量低电势的电位差计，其测量范围为1jV-17.1mV〔Ki置1档〕或10叫-171mV〔K110档〕。使用

-O+DOO-O+O-O+Q-O+O5.7-6.4V12RP RP2 RP35.7V~6.4V外接工作电源，标准电池和灵敏电流计均外接，其面板图如图 5.8.2所示。调整工作电流〔即校准〕时分别调Rp1〔粗调〕、Rp2〔中调〕Rp3〔细

未知1 断标准断◎◎◎粗细短路

II IllX0.0015.8.2UJ31型电位差计面板图调〕三个电阻转盘，以保证快速准确地调节工作电流。Rn是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引起标准电池电动势变化时， 通过调整Rn,使工作电流保持不变。RX被分成I(1)、∏(0.1)和川(0.001)三个电阻转盘，并在转盘上标出对应 RX的电压值，电位差计处于补偿状态时可以从这三个转盘上直接读出未知电动势或未知电压。左下方的“粗”和“细”两个按钮，其作用是：按下“粗”铵钮，保护电阻和灵敏电流计串联，此时电流计的灵K2为标准电池和未知电动势的转换开关。标准电池、灵敏电流计、工作电源和未知电动势EX由相应的接线柱外接。UJ25型电位差计的使用方法：K2置到被测电动势(或电压)接于“未知2”)。依据温度修正公式计算标准电池的电动势

1”(或En(t)的值，调整Rn的示值与其相等。将K2置“标准”档，按下 “粗”按钮，调整Rp1、Rp2和Rp3,使灵敏电流计指针指零，再按下

“细”按钮，用Rp2Rp3准确调整至灵敏电流计指针指零。此操作过程称为“校准”。K21(2”)位置，按下“粗”按钮，调整读数转盘I、∏使灵敏电流读数转盘I、n和川的示值乘以相应的倍率后相加，再乘以电动势(或电压)EX。此操作过程称作“测量”。

K1所用的倍率，即为被测三仪器与药品UJ-251台，直流辐射式检流计11台，电位差计稳压电源1台，韦斯顿标准电池12支，铂电极、饱和甘汞电极各1支，盐桥玻管4根。镀银液，盐桥液，硝酸银溶液(1mol∕L),醌氢醌。四试验步骤

(0.100mol∕L),未知PH液，盐酸液(0.100mol∕L),本试验测定以下四个电池的电动势 ：2 2 Hg(I)HgC(s)饱和KCl溶液IICuSo(OIOOmol/kg)∣Cu(s)2 2 Hg(l)HgCl(s)|KCl溶液|AgNO(O.1OOm)|Ag(S)2 2 33Ag(S)|KCl(0.01m)与饱和AgCl液||AgNQ(0.01Om)|Ag(S)Ag(s)+AgCI(s)|HCI(O.1OOm)|AgNO(O.1OOm)|Ag(S)31.盐桥的制备为了消退液接电势，必需使用盐桥，其制备方法是以质量比例琼胶：H2O=1.5:20:50的比例参加到烧杯中，于电炉上加热并不断用玻璃棒搅拌使之溶解，然后用滴管将它注入干净的 U形管中，U形管中以及管两端不能留有气泡，冷却后待

KNO3:2.电动势的测定2.电动势的测定+”、100”旋钮10”，1.00000VO100:10“4依照上述步骤测定三个电池的电动势，每个电池测三次。试验完毕，把盐桥放在水中加热溶解，洗净，其它各仪器复原，检流计短路放置。五试验留意事项连接线路时，红线接阳极，黑线接阴极。测试时必需先按电位计上“校准”按钮，待检流计示零后，再按“测量”按钮， 转过猛而损坏，测定时电计旋钮按下的时间尽量短，以防止电流通过而转变电极外表的平衡状态。开头时电流计应置于其灵敏度最低档，以后逐步提高灵敏度档次。盐桥内不能有气泡。标准电池不能倒置，晃动。工作电源的电压会发生变化，故在测量过程中要常常标准化。另外，制备的电池电动势不够稳定，应隔数分钟测一次，取其平均值。测定过程中，检流计始终向一边偏转，可能是正负极接错，导线有断路，工作电源电压不够等造成，应进展检查。8试验完毕，把盐桥放入水中加热溶解，洗净，其它各仪器复原，检流计短路放置。六数据处理(参考)试验称取的琼胶、KNO3的质量分别为3g、40g,移取的蒸馏水的体积为t=18.6CO

100mL。1依据第三、四个电池的测定结果，求算

AgClKSP第三个电池为： Ag(S)|KCl(0.01m)与饱和AgCl液IIAgNo3(0.010m)∣ Ag(s)电池的电极反响为AgCl^(0.01m)-AgCleAg(0.01m)Ag电极总反响：Ag(0.01m)Cl^(0.01m)AgCl其中左边半电池的制备方法为：往 0.01mol∕L的氯化钾溶液中滴加2滴0.1mol∕L硝酸银溶液，边滴边搅拌(不行多加)，然后插入制成的银电极即可。所测电动势的结果为：测量次数测量次数电动势EN10.413220.41323平均值0.41330.4132因为0.01mol∕L的AgNO3的25C=0.902,001mol∕L 的KCl溶液的25OC=0.901,所以aAg+=cY25C(AgNO3)=0∙015∙902=9.02“0^mol/LaCl,c25C(KCI)=0.010.901=9.0110j3mol∕L由F=96485C∕mol,R=8.314JKmol,T=18.6 273.15=291.75K,l J ga lga EF将上述数据代入公式

gKSP

Ag亠亠

Cl-

2.303RT

,可得IgKSP=

Ig9.0210^Ig9.0110”

0.3406964852.3038.314291.75

9.973sp因此 K =1.64110 10sp第四个电池为： Ag(s)+AgCI(s)∣HCI(0.100m)∣AgN03(0.100m)IAg(S)电池的电极反响为AgCl-(0.100m))AgCIeAg(0.100m)Ag电极总反响：Ag(0.100m)Cl“(0.100m)>AgCI测量次数测量次数E/V10.421820.421730.4218平均值0.4218OC0.01mol∕L的HCI溶液的平均活度系数YOC=0.8027,温度tC时的tOC可通过下式求得C-Igt =-IgOC1.62010“3.1310“2Ct=18.6C0.1moI/L的HCI18.6^0.986,所以aCI_=c18“(JCCI戸0.10.9869^m6“lL0°7AgNO30.1moI/L,贝UaA+=cY^6C(AgNO3)=0.1^0.9029.02x10”moI∕L,所以Ag—IgK

=IgaA÷÷IgaC^^^-SP AgCI2.303RT=Ig9.0210^Ig9.8610^=-9.336

0.4218964852.3038.314291.75解得综合两个电池求得的溶度积可得

Ksp=4.61010KSP为:1.64110J0KSP 2

4.61010J° =3.12610J°2J°

：：Ag；AgHg(I)Hg2Cl2(S)IKClIAgNo3(O.1OOm)IAg(S)电池的电极反响为负极：HgCl

1Hg2Cl2e2正极：Ag(O.1OOm)e—； Ag1电极总反响： HgCrAg(O.1OOm) Hg2Cl2Ag测量次数测量次数E/V1O.53832O.53843平均值O.5384O.5384饱和甘汞电极电势与温度关系为：「甘汞=0.2412—6.611O*(t-25)-1.751θ“t-25)2-9.161θ”°(t-25)3将温度t=18.6C代入，可得”甘汞=”甘汞=Ag,Ag与温度关系为：PAgTAg=0.7991—9.88X1O“(t—25)+7X1°J(tPAgTAg=CCPAg g WAg Ag 将温度tCPAg g WAg Ag gCP甘汞，所以

gAg；A=E甘汞=O.5384+O∙2454=O∙7838VgA试验测得的WAg+g与理论值确实定误差为：A：Ag,Ag — Ag=：Ag,Ag — Ag相对误差为:七分析与争论

0.8055 100 %g电动势的测量方法，在物理化学争论工作中具有重要的实际意义，通过电池电动势的测量可以获得氧化复原体系的很多热力学数据。如平衡常数、电解质活度及活度系数、离解常数、溶解度、络合常数、酸碱度以及某些热力学函数转变量等。电动势的测量方法属于平衡测量， 在测量过程中尽可能的做到在可逆条件下进展。为此应留意以下几点：测量前可依据电化学根本学问初步估算一下被测电池的电动势大小，以便在测量时能快速找到平衡点，这样可避开电极极化。 、要选择最正确试验条件使电极处于平衡状态。为了推断所测量的电动势是否为平衡电势，一般应在短时间内，等间隔地测量个数据。假设这些数据是在平均值四周摇摆，偏差小于± O 5mV则可认为已达平衡,并取最终三个数据的平均值作为该电池的电动势。前面已讲到必需要求电池可逆，并且要求电池在可逆的状况下工作。可逆电池的电动势不能直接伏特计测量。由于当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学反响，电池中溶液的浓度将不断转变，因而电动势值也会发生变化。另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所测量出的只是两极的电势降，而不是电池的电动势，只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势。在进行电池电动势测定时，为了使电池反响在接近热力学可逆条件下进展，承受电位差计测量，电位差计是可以利用对消法原理进展电势差测量的仪器，即能在无假设测可逆电池电动势时，电池与伏特计直接相接，则整个电路便有肯定的电流通过，在电池内阻上会产生一个电位降，并在电池两极发生化学反响，从而使得两极间的电位差较电池电动势小，因此要使两电极的电位差与电池电动势相等，则必需要求没有电流通过电池，不用直接用伏特计来测量一个可逆电池的电动势。本试验的盐桥是用琼胶、KNO3和蒸馏水按肯定比例在加热状态混合均匀， 然后无气泡地注入U形管中冷却制成的。盐桥是一个隔开两个半电池的液体局部而能维持通电的装置。盐桥的作用在于有效地减弱液体液接电势，由于当两种不同溶液或同一溶质不同浓度的两种溶液接通电流后，由于离子的迁移速度不同，使溶液在接界处产生电位差，即液接电势。假设接入了盐桥，这时越过溶液接界处的电流，将主要由组成盐桥的离子来传递。虽然在盐桥和半电池之间的界面上还存在液接电势，盐桥的选择不仅要使其正、负离子迁移数接近，还应不与两端溶液起化学作用，同时为了使电流的KNO3,KNO3在水中的溶解度很大，且正、负离子迁移数大致相等，与电池两极的溶液不会发生反响。用对消法测量电动势的线路图为：λ CCEW、ES、EX分别为工作电池、标准电池和待测电池，工作电池使均匀电阻电流通过并产生均匀的电位降。 测定时先将K扳至与标准电池ES相连，移动滑线电阻至接触点C使检流计G中无电流通过，这时AC上的电位降VAC正好和标准电池的

AB上电动势ES数值相等而相互对

E V EWRAC消，因此得:

(1)再将K扳至与待测电池 EX相中无电流通过时的平衡点C,得:

S=

连，用同样的方法找出检流计把(2)3)两式相除，并整理后得:(3)在用电位差计校准电流表时，是通过用电位差计测量标准电阻上的电压来转化成标准电流，进而对电流表各点进展校正。估算电表校验装置的误差，并推断它是否小于电表根本误差限的1/3,进而得出校验装置是否合理的结论。估算时只要求考虑电位差计的根本误差限及标准电阻 RS的误差，可用下式确定：明显，电表校验装置的误差还应包括标准电动势 En(t)欠准、工作电流波动、线间绝缘不良等其它因素的影响，但考虑这些因素对教学试验就过于