原电池电动势及其温度系数的测定

化学电池温度系数的测定2024/1/20一、实验目的要求1.了解电动势的测量原理及方法,用数字式电子电位差计测定原电池的电动势；2.了解可逆电池电动势温度系数及其实验测量方法；3.了解电动势法测量电解质溶液pH的原理，测定电解质溶液的pH值2024/1/20二、实验原理1.电势的温度系数：在一定温度下，电动势随温度的变化率（∂E/∂T）p由于：(∂ΔrGm/∂T)p=-ΔrSm,ΔrGm=-zFE(∂ΔrGm/∂T)p=-zF（∂E/∂T）p故：ΔrSm=zF（∂E/∂T）p

可逆电池的电动势EMF与温度的关系可以表示为温度的多项式，即:

EMF=a0+a1T+a2T2

实验中只要测得几个（至少为三个）温度下的电动势，就可以求出温度系数。

2024/1/20二、实验原理2.由E和（∂E/∂T）p计算ΔrHm恒温反应过程：ΔrGm=ΔrHm-TΔrSmΔrHm=ΔrGm+TΔrSm

=-zFE+zFT（∂E/∂T）p2024/1/20二、实验原理3.电动势法测量电解质溶液的pH值

测量溶液的pH值应该用对H+可逆的电极，如氢电极、玻璃电极或醌氢醌电极。氢电极由于制备和维护都比较困难而不常用；玻璃电极常用在pH计中。本实验用醌氢醌电极测量HCl水溶液的pH值。醌氢醌电极的优点是构造简单、制备方便、耐用、容易建立平衡。其缺点是只能用在pH＜8的环境中，而且不能有强的氧化剂和强的还原剂存在。空气中的氧溶于溶液中也能把醌氢醌氧化。因此，醌氢醌电极应该在使用时临时配制，用后把溶液倒入废液瓶内。醌氢醌电极和饱和甘汞电极构成电池如下：

2024/1/20二、实验原理

Hg|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和水溶液)||H+(a1)|Q-H2Q|Pt

醌氢醌由醌和氢醌(对苯二酚)以等分子比结合而成，墨绿色晶体，微溶于水，在水溶液中按下式分解：

C6H4O2·C6H4(OH)2C6H4O2+C6H4(OH)2(Q-QH2)(Q)(QH2)电极反应为:Q+2H+（a1）+2e-QH2

电极反应的能斯特方程为:

2024/1/20二、实验原理近似取α(Q)≈α(QH2),则在298.15K时上式简化为:

2024/1/20二、实验原理饱和汞电极:Hg2Cl2(s)+2e-

2Hg(s)+2Cl-(aq)

2024/1/20二、实验原理醌氢醌电极的标准电极电势表示为温度的函数:E

(Q/QH2)/V=0.6995-0.7359×10-3(t/℃-25)饱和甘汞电极的电极电势也表示为温度的函数:E饱和甘汞/V=0.2415-0.76×10-3(t/℃-25)则由醌氢醌电极和饱和甘汞电极构成电池的电动势表示为:EMF=E(Q/QH2)-E饱和甘汞=[E

(Q/QH2)-E饱和甘汞]-0.0592pH2024/1/20三、主要仪器与试剂NDM-1型数字直流电压测量仪１台超级恒温水浴1台带恒温夹套的电解池１只光亮铂金电极１支；饱和甘汞电极１支；饱和KCl盐桥１只；容量瓶；饱和KCl溶液；醌氢醌；0.100mol.L-1盐酸溶液2024/1/20三、主要仪器与试剂2024/1/20三、主要仪器与试剂超级恒温水槽2024/1/20三、主要仪器与试剂超级恒温水槽操作面板打开电源开关；按设定按钮，使用“移位、加数、减数”键调至所需要控制的温度，再按设定按钮，即可恒温。2024/1/20三、主要仪器与试剂图带循环水恒温夹套的电池构造图1电解池，2恒温夹套，3甘汞电极，4盐桥，5铂金电极，，HClQ-QH2KCl塑料底座冷却水冷却水1243521１.按下电源开关２.采零：将两条测试线的一端对应插入红、黑插孔，然后将另一端短路连接，按“采零”键，仪表显示为“000.0”３.断开短路连接，按极性(黑“－”、红“＋”)与被测电压连接，仪表即可显示被测电压值。2024/1/20四、实验操作步骤１.依照图3-37-1将铂金电极饱和甘汞电极、盐桥等组装好，将少量醌氢醌溶解在0.0100mol.L-1HCl水溶液中至饱和，然后移入电池内将原电池与超级恒温水浴连接好。

2.开启超级恒温水浴，将电池恒温至25℃。3.按下NDM-1数字直流电压测量仪电源开关；采零：将两条测试线的一端对应插入红、黑插孔，然后将另一端短路连接，按“采零”键，仪表显示为“000.0”4.断开短路连接，按极性(黑“－”、红“＋”)与被测电池两极连接，仪表即可显示该温度下被测电池的电压值。5.将恒温水浴的温度分别恒定至28℃

、31℃、34℃、37℃，重复３、４两频操作。2024/1/20五、实验数据处理EMF温度１.原电池电动势及其温度系数测量数据记录表

电动势EMF/VpH(25℃)123平均t1=℃t2=℃t3=℃EMF=f(t)(

E/T)p2024/1/20五、实验数据处理2.用MicrosoftExcel程序拟合EMF=f(T)的方程3.给出电动势的温度系数4.计算25℃

HCl（aq）的pH值2024/1/20六、注意事项注意实验过程中保证醌氢醌溶液、KCl溶液和甘汞电极内溶液的饱和饱和甘汞电极中不能有汽泡，保持电极中饱和KCl溶液的液位接近通往大气出口处2024/1/20七、思考