實驗六十七__原電池電動勢的測定及其應(yīng)用ppt課件

1、實驗六十七實驗六十七 原電池電動勢的測定及其應(yīng)用原電池電動勢的測定及其應(yīng)用主講教師：劉文萍吉首大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中心一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康模?掌握電位差計的測量原理和正確使用掌握電位差計的測量原理和正確使用方法。方法。（2學(xué)會一些電極的制備和處理方法。學(xué)會一些電極的制備和處理方法。（3測定測定Cu-Zn電池的電動勢和電池的電動勢和Cu、Zn電極的電極電勢。電極的電極電勢。二、實驗原理二、實驗原理XXEUIIRUE, 0內(nèi) 電池電動勢是通過原電池電流為零電池電動勢是通過原電池電流為零(電池反應(yīng)達平衡電池反應(yīng)達平衡)時的電時的電池電勢，用池電勢，用E表示，單位為伏特。由于電動勢的存在，當(dāng)外接負(fù)表示

2、，單位為伏特。由于電動勢的存在，當(dāng)外接負(fù)載時，原電池就可對外輸出電功。載時，原電池就可對外輸出電功。 1、電池電動勢的測定、電池電動勢的測定 電池與伏特計接通后有電流通過，在電池兩極上會發(fā)生極電池與伏特計接通后有電流通過，在電池兩極上會發(fā)生極化現(xiàn)象，使電極偏離平衡狀態(tài)。另外，電池本身有內(nèi)阻，伏特化現(xiàn)象，使電極偏離平衡狀態(tài)。另外，電池本身有內(nèi)阻，伏特計所量得的僅是不可逆電池的端電壓。計所量得的僅是不可逆電池的端電壓。 因此電池電動勢不能直因此電池電動勢不能直接用伏特表來測定。接用伏特表來測定。 利用電位差計可在電池?zé)o電流或極小電流通過時利用電位差計可在電池?zé)o電流或極小電流通過時測得其兩極間的電勢

3、差，即為該電池的平衡電動勢。測得其兩極間的電勢差，即為該電池的平衡電動勢。能否用伏特計來測量能否用伏特計來測量E ？ 電位差計是根據(jù)補償法電位差計是根據(jù)補償法(或稱對消法或稱對消法)測量原理設(shè)計測量原理設(shè)計的一種平衡式電壓測量儀器。其工作原理是在待測電的一種平衡式電壓測量儀器。其工作原理是在待測電池上并聯(lián)一個大小相等，方向相反的外加電勢，這樣池上并聯(lián)一個大小相等，方向相反的外加電勢，這樣待測電池中就沒有電流通過，外加電勢差的大小就等待測電池中就沒有電流通過，外加電勢差的大小就等于待測電池的電動勢。如圖于待測電池的電動勢。如圖1所示。所示。二、實驗原理二、實驗原理Ew-工作電源；工作電源；EN-

4、標(biāo)準(zhǔn)電池；標(biāo)準(zhǔn)電池；EX-待測電池；待測電池；R-調(diào)節(jié)電阻；調(diào)節(jié)電阻；RX-待測電池電動待測電池電動勢補償電阻；勢補償電阻；RN-標(biāo)準(zhǔn)電池電動標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢補償電阻；勢補償電阻；K-轉(zhuǎn)換電鍵；轉(zhuǎn)換電鍵； G-檢流計檢流計1校準(zhǔn)工作電流校準(zhǔn)工作電流IWNNIRENNWREI二、實驗原理二、實驗原理如下圖，電位差計有工作、規(guī)范、測量三條回路。如下圖，電位差計有工作、規(guī)范、測量三條回路。 開關(guān)開關(guān)K打向打向1，預(yù)先調(diào)好標(biāo)準(zhǔn)回預(yù)先調(diào)好標(biāo)準(zhǔn)回路中的標(biāo)準(zhǔn)電阻路中的標(biāo)準(zhǔn)電阻RN，調(diào)節(jié)工作，調(diào)節(jié)工作回路的電阻回路的電阻R至至檢流計無電流通檢流計無電流通過，工作電流過，工作電流IW就已被確定。就已被確定。2測量

5、未知電池電測量未知電池電動勢動勢EWNKNXRREEKWXRIE二、實驗原理二、實驗原理 開關(guān)開關(guān)K打向打向2，調(diào)節(jié)測量回路的調(diào)節(jié)測量回路的電阻電阻RK至檢流至檢流計無電流通過，計無電流通過，此時此時I RK與被測與被測電池電動勢對消。電池電動勢對消。如下圖，電位差計有工作、規(guī)范、測量三條回路。如下圖，電位差計有工作、規(guī)范、測量三條回路。電池電動勢電池電動勢 E池池 電化學(xué)中電極電勢的絕對值無法測定，只能使某電極的電電化學(xué)中電極電勢的絕對值無法測定，只能使某電極的電極電勢為標(biāo)準(zhǔn)求出其相對值。本實驗采用飽和甘汞電極為極電勢為標(biāo)準(zhǔn)求出其相對值。本實驗采用飽和甘汞電極為參比電極。參比電極。電極：電極

6、： KCl(飽和溶液飽和溶液) Hg2Cl2(s) Hg 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：Hg2Cl2(s) + 2e = 2Hg(l) + 2Cl-將甘汞電極與待測電極組成原電池，由甘汞電極的電極電將甘汞電極與待測電極組成原電池，由甘汞電極的電極電勢及實驗測定的電池電動勢就可計算出電極電勢。勢及實驗測定的電池電動勢就可計算出電極電勢。2、電極電勢的測定、電極電勢的測定二、實驗原理二、實驗原理還原電極電勢：還原電極電勢：-22RT(Cl /Hg Cl ,Hg)=-ln(Cl )F三、儀器與試劑三、儀器與試劑 1、儀器： 2、試劑：SDC數(shù)字電位差計數(shù)字電位差計 1臺臺飽和甘汞電極飽和甘汞電極 1支支銀銀/

7、氯化銀電極氯化銀電極 1支支電極管電極管 3支支銅電極銅電極 2支支鋅電極鋅電極 1支支電極管電極管 3個個電鍍裝置電鍍裝置 1套套 250 mL燒杯燒杯 1個個 50mL小燒杯小燒杯 4個個0.1000molL-l硫酸鋅溶液硫酸鋅溶液0.1000molL-l硫酸銅溶液硫酸銅溶液0.0100molL-l硫酸銅溶液硫酸銅溶液6 molL-l硫酸溶液硫酸溶液6 molL-l硝酸溶液硝酸溶液飽和硝酸亞汞溶液飽和硝酸亞汞溶液鍍銅溶液鍍銅溶液飽和氯化鉀溶液飽和氯化鉀溶液四、實驗步驟四、實驗步驟1、電極制備、電極制備1鋅電極鋅電極 用用6 molL-l硫酸浸洗，依次用水、蒸餾水硫酸浸洗，依次用水、蒸餾水淋

8、洗，再將其浸入飽和硝酸亞汞溶液中淋洗，再將其浸入飽和硝酸亞汞溶液中35秒，秒，待汞齊化后取出，用濾紙擦干，再用蒸餾水淋洗待汞齊化后取出，用濾紙擦干，再用蒸餾水淋洗(留意：留意：Hg有毒有毒)。把處理好的鋅電極插入清潔的。把處理好的鋅電極插入清潔的電極管內(nèi)并塞緊，將電極管的虹吸管浸入盛有電極管內(nèi)并塞緊，將電極管的虹吸管浸入盛有0.1000molL-1ZnSO4溶液中，用吸氣球自支管溶液中，用吸氣球自支管抽氣，將溶液吸入電極管至高出電極約抽氣，將溶液吸入電極管至高出電極約1cm，停，停止抽氣，旋緊活夾，電極的虹吸管內(nèi)止抽氣，旋緊活夾，電極的虹吸管內(nèi)(包括管口包括管口)不可有氣泡，也不能有漏液現(xiàn)象。

9、不可有氣泡，也不能有漏液現(xiàn)象。 四、實驗步驟四、實驗步驟1、電極制備、電極制備2銅電極銅電極 將銅電極在將銅電極在6 molL-l硝酸硝酸內(nèi)浸洗，取出后依次用水、蒸內(nèi)浸洗，取出后依次用水、蒸餾水淋洗干凈，再把它作為陰餾水淋洗干凈，再把它作為陰極，另取一塊純銅片作為陽極，極，另取一塊純銅片作為陽極，在鍍銅溶液內(nèi)進行電鍍。電鍍在鍍銅溶液內(nèi)進行電鍍。電鍍條件是：電流密度控制在條件是：電流密度控制在10mAcm-2左右，電鍍左右，電鍍1h。電。電鍍后應(yīng)使銅電極表面有一緊密鍍后應(yīng)使銅電極表面有一緊密的鍍層，取出銅電極，用蒸餾的鍍層，取出銅電極，用蒸餾水淋洗，濾紙擦干后水淋洗，濾紙擦干后,仿鋅電極，仿鋅電

10、極，吸入吸入0.1000molL-1CuSO4溶溶液，制成銅半電池。液，制成銅半電池。將飽和將飽和KCl溶液注入溶液注入50mL小燒杯中作為鹽橋，得小燒杯中作為鹽橋，得電池電池1：Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu電池電池2：Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(飽和飽和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)電池電池3： Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(飽和飽和)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu電池電池4：Cu | Cu 2+(0.0100molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu電池電池5：Zn

11、|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(飽和飽和)|AgCl(s)|Ag電池電池6：Ag|AgCl(s)|KCl(飽和飽和)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu四、實驗步驟四、實驗步驟2、電池組合、電池組合四、實驗步驟四、實驗步驟3、電動勢測定、電動勢測定 1根據(jù)根據(jù)Nernst公式計算實驗溫度下電池公式計算實驗溫度下電池1、2、3、4、5、6的電動勢理論值。的電動勢理論值。 2正確接好測量電池正確接好測量電池1的線路。用的線路。用SDC數(shù)字電數(shù)字電位差計測量電池位差計測量電池1的電動勢。每隔的電動勢。每隔2分鐘測一次，共分鐘測一次，共測三次。測三次。 3同法，用同法，用SDC

12、數(shù)字電位差計測量電池數(shù)字電位差計測量電池2、3、4、5、6的電動勢，要測至平衡時為止。的電動勢，要測至平衡時為止。 4測量完畢后，倒去小燒杯的溶液，洗凈燒杯。測量完畢后，倒去小燒杯的溶液，洗凈燒杯。飽和甘汞電極淋洗后，浸入飽和氯化鉀溶液中保存。飽和甘汞電極淋洗后，浸入飽和氯化鉀溶液中保存。 1 1、為使極化影響降到最小，測量前可初步估算被測、為使極化影響降到最小，測量前可初步估算被測電池的電動勢大小，以便在測量時能迅速找到平衡點。電池的電動勢大小，以便在測量時能迅速找到平衡點。 2 2、測量電池電動勢時，在對消點前，測量回路有電、測量電池電動勢時，在對消點前，測量回路有電流通過，在測量過程中不

13、能使測量回路一直連通，應(yīng)接流通過，在測量過程中不能使測量回路一直連通，應(yīng)接通一下調(diào)一下，直至平衡。通一下調(diào)一下，直至平衡。 3、為判斷所測量的電動勢是否為平衡電勢，可在約、為判斷所測量的電動勢是否為平衡電勢，可在約15 min內(nèi)等間隔地測量內(nèi)等間隔地測量78個數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平個數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平均值附近擺動，偏差小于均值附近擺動，偏差小于0.5 mV，則可認(rèn)為已達平衡，則可認(rèn)為已達平衡，并取最后三個數(shù)據(jù)的平均值作為該電池的電動勢。并取最后三個數(shù)據(jù)的平均值作為該電池的電動勢。五、本卷須知五、本卷須知 4、鹽橋不能完全消除液接電勢，一般仍剩余、鹽橋不能完全消除液接電勢，一般仍剩余12mV

14、，所以測得結(jié)果只能準(zhǔn)至所以測得結(jié)果只能準(zhǔn)至mV。五、本卷須知五、本卷須知 5 5、電極管裝液前，需要用少量的電解質(zhì)溶液淋洗，以、電極管裝液前，需要用少量的電解質(zhì)溶液淋洗，以確保濃度的準(zhǔn)確性，裝液后要檢查是否漏液和電路是否暢通，確保濃度的準(zhǔn)確性，裝液后要檢查是否漏液和電路是否暢通，特別是電極的虹吸管內(nèi)不能有氣泡。特別是電極的虹吸管內(nèi)不能有氣泡。 6 6、實驗結(jié)束后，應(yīng)將電極管內(nèi)溶液倒掉，以防止、實驗結(jié)束后，應(yīng)將電極管內(nèi)溶液倒掉，以防止對電極腐蝕對電極腐蝕 。 7、使用甘汞電極，要防止溶液倒流入甘汞電極中。甘、使用甘汞電極，要防止溶液倒流入甘汞電極中。甘汞電極和鹽橋中應(yīng)保留少量氯化鉀晶體，使溶液處

15、于飽和汞電極和鹽橋中應(yīng)保留少量氯化鉀晶體，使溶液處于飽和狀態(tài)。狀態(tài)。 8、標(biāo)準(zhǔn)電池在搬動和使用時，不要使其傾斜和倒置，、標(biāo)準(zhǔn)電池在搬動和使用時，不要使其傾斜和倒置，要放置平穩(wěn)。接線時正接正、負(fù)接負(fù)，兩極不允許短路。要放置平穩(wěn)。接線時正接正、負(fù)接負(fù)，兩極不允許短路。 六、數(shù)據(jù)記錄和處理六、數(shù)據(jù)記錄和處理室溫室溫:_氣壓：氣壓：_數(shù)據(jù)記錄：數(shù)據(jù)記錄：電池電池電池反應(yīng)電池反應(yīng)電動勢測得值電動勢測得值平均平均(1)(1)(2)(2)(3)(3)Zn-CuZn-Cu電池電池CuCu的濃差電池的濃差電池Zn-Zn-甘汞電池甘汞電池甘汞甘汞-Cu-Cu電池電池Zn-Zn-銀銀/ /氯化銀電池氯化銀電池銀銀/

16、 /氯化銀氯化銀-Cu-Cu電池電池298/1061. 72415. 0/4KTVSCETTK298 1 1、根據(jù)飽和甘汞電極的電極電勢溫度校正公、根據(jù)飽和甘汞電極的電極電勢溫度校正公式，計算實驗溫度下飽和甘汞電極的電極電勢：式，計算實驗溫度下飽和甘汞電極的電極電勢： 2、根據(jù)測定的各電池的電動勢，分別計算銅、根據(jù)測定的各電池的電動勢，分別計算銅、鋅電極的鋅電極的、 3 3、根據(jù)有關(guān)公式計算、根據(jù)有關(guān)公式計算Cu-ZnCu-Zn電池的理論電動勢電池的理論電動勢E E理并與實驗值理并與實驗值E E實進行比較，計算電池的電動勢時，實進行比較，計算電池的電動勢時，物質(zhì)的濃度要用活度代替，活度系數(shù)由物

17、化書物質(zhì)的濃度要用活度代替，活度系數(shù)由物化書P33P33頁頁表表8.88.8中查找中查找 。六、數(shù)據(jù)記錄和處理六、數(shù)據(jù)記錄和處理 電極電極電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式103 /(VK-1)106 /(VK-2) / VCu2+，ZnCu2+ + 2e- = Cu-0.0160.3419Zn2+，Zn(Hg)(Hg) + Zn2+ + 2e- = Zn(Hg)0.1000.62-0.7627 本實驗測得的是實驗溫度下的電極電勢和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，為了比較方便起見，(和附錄中所列出的比較)，可采用下式求出298K時的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，即式中式中、為電池中電極的溫度系數(shù)。對為電池中電極的溫度系數(shù)。對Cu-Zn電池來

18、說：電池來說：2298)298(21)298(TTT298六、數(shù)據(jù)記錄和處理六、數(shù)據(jù)記錄和處理七、思考題七、思考題1、為什么不能用伏特計測量電池的電動勢？、為什么不能用伏特計測量電池的電動勢？2、為何測電動勢要用對消法？對消法的原理是什么？、為何測電動勢要用對消法？對消法的原理是什么？3、測量電池電動勢為何要用鹽橋？選擇鹽橋中的電解質(zhì)有什、測量電池電動勢為何要用鹽橋？選擇鹽橋中的電解質(zhì)有什么要求？么要求？4、標(biāo)準(zhǔn)電池和工作電池有什么不同？在使用標(biāo)準(zhǔn)電池時應(yīng)注、標(biāo)準(zhǔn)電池和工作電池有什么不同？在使用標(biāo)準(zhǔn)電池時應(yīng)注意什么？意什么？5、電位差計的平衡指示始終要調(diào)節(jié)為零，如不為零說明什么？、電位差計的平衡指示始終要調(diào)節(jié)為零，如不為零