实验十原电池电动势的测定知识交流

此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 物理化学实验（2）

实验项目名称：实验一 原电池电动势的测定

学院： 化学与化工学院

专业：

指导教师：

报告人： 学号： 班级：

实验时间： 2012.10.12

实验报告提交时间： 2012.10.26

教务部制

只供学习与交流

此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除

Ⅰ、目的要求

1、测定Cu—Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电位。 2、了解可逆电池，可逆电极，盐桥等概念。 3、学会一些电极的制备和处理方法。

Ⅱ、仪器与试剂

NDM-1 精密数字直流电压测定仪 ，标准电池(惠斯登电池) ，铜棒电极， 锌棒电极，玻璃电极管2个，饱和甘汞电极，氯化亚汞，洗耳球，小烧杯， 细砂纸 ZnSO4(0.100moldm-3),CuSO4(0.100 moldm-3) ，KCl(0.100 moldm-3), 饱和KCl溶液，稀硫酸、稀硝酸。

Ⅲ、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)。 可逆电池应满足如下条件:

(1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆；(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界；(3)电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，即测量时通过电池的电流应为无限小。

因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件，在精确度不高的测量中，用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位；用电位差计测量电动势可满足通过电池电流为无限小的条件。电位差计测定电动势的原理称为对消法，可使测定时流过电池的电流接近无限小，从而可以准确地测定电池的电动势。

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-，则电池电动势 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，即以标准氢电极作为标准，规定其电极电势为零。将标准氢电极与待测电极组成电池，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。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出，具体的电极电位可参考相关文献资料。

以饱和甘汞电极与铜/硫酸铜电极或锌/硫酸锌电极组成电池，测定电池的电动势，根据甘汞电极的电极电势，可推得这两个电极的电极电势。 电极电势的测定原理：

原电池是化学能转变为电能的装置，在电池放电反应中，正极（右边）起还原反应，负极

只供学习与交流

此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除

起氧化反应。电池的电动势等于组成的电池的两个电极电位的差值。即： E=

??—??=?右—?左

?????????

RT?还原?????lnZF?氧化

RT?还原lnZF?氧化

R=8.314J?mol?1?K?1 F=96500C

Ⅳ、实验步骤

一、电极制备

1、锌电极：用砂纸轻轻打磨锌电极表面上氧化层，再用稀硫酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入ZnSO4(0.100moldm-3)溶液。

2、铜电极：用砂纸轻轻打磨铜电极表面上氧化层，再用稀硝酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入CuSO4(0.100moldm-3)溶液。

3、电池的组合及其电动势的测量（重复测量3次，取平均） 3-1、 Zn│ZnS04(0.1000M)‖CuS04(0.100M)│Cu 3-2、 Zn│ZnS04(0.1000M)‖KCl(饱和)│Hg2Cl2│Hg 3-3、 Hg│Hg2Cl2│KCl(饱和)‖CuS04(0.1000M)│Cu

?为参与电极反应的物质的活度。纯固体物质的活度为1。

Ⅴ、实验数据记录

电池3-1/Zn- Cu电池 电池3-2/Zn-甘汞电池 电池3-3/甘汞-Cu电池 实测电动势（V） 1.0938 1.0474 0.04673 1.0939 1.0475 0.04670 1.0940 1.0476 0.04669 电动势平均值（V） 1.0939 1.0475 0.0467

Ⅵ、实验数据处理

1、由于使用标准氢电极不方便，实验测定时采用第二级的标准电极，用甘汞电极，参照

附录五的表V-5-24，根据甘汞电极的电极电势温度校正公式得实验温度为24℃的电极电势为0.2423V。

只供学习与交流

此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除

2、由实验数据记录可知，甘汞电极在实验温度下的电极电势为0.2423V，实验测得Zn-甘汞电池的电动势为1.0475V，则由 E=

??—??=?右—?左 可得 ??= 0.2423V－

??=0.2423V－

1.0475V=－0.8052V，即锌电极的电极电势为－0.8052V；同理可得铜电极

0.0467V=0.2890V。

3、据附录五的表V-5-30，查找得ZnSO4(0.100moldm-3)和CuSO4(0.100 moldm-3)的平均活度系数γ±＝0.15，由于a（Zn+）=γ±m1，a（Cu+）=γ±m2，则a（Cu）=0.15，a（Zn）=0.15，则

由

RT?还原?????lnZF?氧化??可得，铜的

??=

??+（0.0592/2）ln（1/Cu+）=0.3427V，同理

可得锌的标准电极电势是－0.7515V。

4、由书中70页公式可算得298K时铜电极标准电极电势为0.3427V，锌电极的标准电极电势为－0.7514V。又查文献值知铜电极的标准电极电势为0.337V，锌电极的标准电极电势为－0.7628V，则铜电极的绝对误差为（0.3427－0.337）/0.337×100％=0.57％，锌电极的绝对误差为（0.7514－0.7628）÷0.7628=1.14％。

实验数据处理结果整理如下：

电极电势(V) TK标298K298K标误差 准电极电势标准电极电准电极电势(V) 势(V) 0.3427 (V) 文献值 0.337 0.0057 0.0114 铜电极 锌电极

0.2890 -0.8052 0.3427 -0.7515 -0.7514 －0.7628 Ⅵ、实验思考问题

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?

答：电位差计用来精确测量电动势；工作电源为电路提供电源电压；标准电池用以对抗待测电池电动势，使电路中无电流通过，这时测出的两极的电势差就等于该电池的电动势；检流计是检测微弱电量用的高灵敏度的机械式指示电表，用于电位差计中作为指零仪表。测量过程中，检流计受到冲击，应迅速按下短路按钮，保护检流计。使用检流计时，

只供学习与交流

此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除

按按钮的时间要短，以防止过多的电量通过标准电池或被测电池，造成严重的极化现象，破坏被测电池的可逆状态。

2、参比电极应具备什么条件?它有什么功用?

答：参比电极必须是电极反应为单一的可逆反应，电极电势稳定和重现性好。通常多

用微溶盐电极作为参比电极。参比电极应不容易发生极化；如果一旦电流过大，产生极化，则断电后其电极电势应能很快恢复原值；在温度变化时，其电极电势滞后变化应较小。参比电极电极电位恒定,不随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化且容易制备。其主要作用是代替标准氢电极测定电池电动势。

3、若电池的极性接反了有什么后果?

答：实验是使用对消法来测定电池电动势的，如果接反了回路的电压就无法回归到零，就无法测定待测电池电动势。

4、盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则?

答：在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触，减免和稳定液接电位，

使液接电位减至最小以致接近消除。防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。

作为盐桥使用的电解质的要求：

（1）盐桥电解质不能与两端电极溶液发生化学反应；

（2）盐桥电解质溶液中的正、负离子的迁移速率应该极其接近； （3）盐桥电解质溶液的浓度通常很高，甚至达到饱和状态。

Ⅶ、实验注意事项：

1. 甘汞电极使用时应将上面的塞子拔开。 2. 注意甘汞电极的保护和轻放。

3. 实验结束，将电压测定仪正负接线夹短路，关闭电源。

只供学习与交流