原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定解讀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定ZnCu電池的電動(dòng)勢(shì)和Cu、Zn電極的電極電勢(shì)；2學(xué)會(huì)一些電極的制備和處理方法；3掌握數(shù)字式電位差計(jì)的測(cè)量原理和正確使用方法。實(shí)驗(yàn)原理電池放電過(guò)程中，正極起還原反應(yīng)，負(fù)極起氧化反應(yīng)，電池反應(yīng)是電池中所有反應(yīng)的總和。在恒溫恒壓、可逆的條件下，電池反應(yīng)有：G=-nEF （1）式中，G是電池反應(yīng)的吉布斯自由能變化量，n為電池反應(yīng)中得失電子的數(shù)目；E為電池電動(dòng)勢(shì)；F是法拉第常數(shù)。測(cè)定E值后，即可求得G及其它熱力學(xué)函數(shù)，但要求電池反應(yīng)是“可逆”的，即電池反應(yīng)為可逆，不存在任何不可逆的液接界；其次要求電池在可逆下工作，即充放電必須在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下工作

2、，只允許無(wú)限小的電流通過(guò)電池，因此在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定所謂“鹽橋”來(lái)消除液接界。所謂液接界是指電池的兩個(gè)電極周?chē)碾娊赓|(zhì)溶液性質(zhì)不同，不處于平衡態(tài)，當(dāng)這兩種溶液相接觸時(shí)存在一個(gè)液接液面，在液界面兩側(cè)會(huì)有離子向相反方向擴(kuò)散，隨時(shí)間延長(zhǎng)，擴(kuò)散達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，而在液界面上產(chǎn)生一個(gè)微小電勢(shì)差，稱(chēng)之為“液接界電勢(shì)”。常用鹽橋來(lái)消除或降低液接界電勢(shì)。常見(jiàn)鹽橋采用高濃度或飽和KCl溶液充滿(mǎn)玻璃管，其兩端分別與兩種溶液相接時(shí)，界面上主要由K+ 、Cl 的向稀溶液擴(kuò)散，K+ 、Cl的摩爾電導(dǎo)率接近，因此減小了液接界電勢(shì)，而且鹽橋兩端液接界電勢(shì)符號(hào)相反，可使兩端液接界電勢(shì)抵消一部分。在測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)時(shí)，為使其接近熱力學(xué)可逆

3、狀態(tài)，采用電位差計(jì)測(cè)量，原電池電動(dòng)勢(shì)是兩個(gè)電極電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，由（1）式可推導(dǎo)出電池電動(dòng)勢(shì)和電極電勢(shì)的表達(dá)式。CuZn電池：Zn(s)|ZnSO4(m1)|CuSO4(m2)|Cu（s）當(dāng)電池放電時(shí)：負(fù)極氧化 ZnZn2+(Zn2+)+2e-正極還原 Cu2+( Cu2+)+2e-Cu總反應(yīng)：Zn+ Cu2+= Zn2+CuZn2+Cu則電池反應(yīng)的 G=G+RT() (2) CuZn2+標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)：G=G=-nEF (3)則 E=E-RTZn2+ln (4) nFCu2+而E=+- 所以，對(duì)CuZn電池：+=Cu2+,Cu-RT1RT1 -=Zn (5) ln-ln2+,Zn2FCu2+2FZn

4、2+對(duì)單個(gè)離子，其無(wú)法確定，但強(qiáng)電解質(zhì)活度與平均摩爾濃度有以下關(guān)系： Zn=±m1 Cu=±m2 (6) 2+2+其大小與物質(zhì)濃度、離子種類(lèi)、實(shí)驗(yàn)溫度有關(guān)。±是離子的平均活度系數(shù)，±,Zn2+=±,Cu2+=0.15因?yàn)殡姌O電勢(shì)絕對(duì)值無(wú)法測(cè)定，實(shí)際測(cè)量中，需要將某一電極電勢(shì)作為“零標(biāo)準(zhǔn)”，即參比電極，本實(shí)驗(yàn)中采用飽和甘汞電極作為零標(biāo)準(zhǔn)電極。電動(dòng)勢(shì)測(cè)定必須是在可逆狀態(tài)下進(jìn)行，電位差計(jì)即是應(yīng)用對(duì)消法原理（在外電路上加一個(gè)方向相反而電動(dòng)勢(shì)幾乎相等的電池）來(lái)達(dá)到平衡狀態(tài)的。本實(shí)驗(yàn)是在室溫下測(cè)得電極電勢(shì)，要計(jì)算298K標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)2T=298+(T-29

5、8)+(T-298) KT，則 12Cu電極：=-0.01610VK,=0Zn電極：=0.10010VK,=0.6210VK-3-1-6-2-3-1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑DSC型電位差計(jì) 1臺(tái) 標(biāo)準(zhǔn)電池 1個(gè)飽和甘汞電極 1支 Cu、Zn電極 各一根飽和硝酸亞汞 A.R. CuSO4溶液 0.1molL-1飽和KCl溶液 A.R. HNO3 6molL燒杯 若干 砂紙 -1實(shí)驗(yàn)步驟1.將電位差計(jì)插上電源預(yù)熱10分鐘，面板上選擇開(kāi)關(guān)需置于“內(nèi)標(biāo)”檔；2.制備電極Cu電極：將Cu電極拋光后浸入6molL HNO3溶液內(nèi)除氧化物及污物，清洗后以此作為陰極；另一同法處理的Cu棒作陽(yáng)極，在鍍銅溶液中進(jìn)行電鍍30

6、min，電流密度為20mA/cm2，取出洗凈浸入裝有0.1molLCuSO4溶液的電解質(zhì)中。Zn電極：將拋光后的Zn電極浸入稀H2SO4溶液數(shù)十秒，除去表層氧化物，用去離子水沖洗干凈，浸入飽和硝酸亞汞溶液中3 5s，取出用濾紙擦拭，上面有一層十分光亮的鋅汞齊即可，再用水沖洗，浸入裝有0.1molL H2SO4溶液的電解池中。注意：用后的硫酸、硝酸及硝酸亞汞溶液不要倒掉！保持桌面整潔！3.根據(jù)室溫計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)，用來(lái)校正電位差計(jì)。E標(biāo)準(zhǔn)/V=1.40.6(T293)+0.95(T293)20.01(T293)3 ×106 -1-1-14.將標(biāo)準(zhǔn)電池接入電路（正負(fù)極勿反！）選擇開(kāi)

7、關(guān)置于“外標(biāo)”檔，調(diào)節(jié)面板上的電位旋鈕使得顯示讀書(shū)等于第三步計(jì)算值，最后一位讀數(shù)用微調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)，然后按“清零”旋鈕，即校正好儀器。5.將待測(cè)電池接入電路，選擇開(kāi)關(guān)置于“測(cè)量”檔，調(diào)節(jié)面板上的電位旋鈕及微調(diào)旋鈕，使得面板上的電流顯示為零，此時(shí)的電位值即為待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。因Cu電極易被氧化，先測(cè)甘汞銅、鋅銅電池，最后測(cè)鋅甘汞電池；每個(gè)電池測(cè)3次取平均值。 電池組合：-1Hg(s)|Hg2Cl2(s)|KCl (飽和)|CuSO4（0.100molL）|Cu（s）Zn(s)|ZnSO4(0.100molL)|CuSO4(0.100molL)|Cu(s)Zn(s)|ZnSO4(0.100molL)|

8、 KCl (飽和)| Hg2Cl2(s)| Hg(s) -1-1-1數(shù)據(jù)記錄與處理（1）溫度 T= 293.4KE標(biāo)準(zhǔn)/V=1.40.6(T293)+0.95(T293)20.01(T293)3 ×106=1.01863V甘汞/V=0.24157.61×104(T298)=0.2450V(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得電動(dòng)勢(shì)列表（3）將計(jì)算所得T、列表，并計(jì)算相對(duì)誤差。 T、298實(shí)驗(yàn)值的計(jì)算：1、(Zn) E=甘汞-Zn2+/ZnZn2+/Zn=甘汞-E=0.2450-1.06093=-0.81593VQZn2+/Zn=Zn-2+ZnRT1ln2FZn2+Zn=Zn2+Zn+2+ZnRT1

9、RT1ln=-0.81593+ln=-0.76273V2FZn2+2F0.150.11(T-298)2212Zn(298K)=(T)-(T-298)-(T-298)2+2+ZnZnZn20.62=-0.76273-0.10010-3(293.4-298)-10-6(293.4-298)2=-0.76228V2QZn(T)=(298K)+(T-298)+2+ZnZn2+Zn2、(Cu) E=Cu2+/Cu-甘汞Cu2+/Cu=甘汞+E= 0.2450+0.04045 =0.28545VQCu2+/Cu=Cu-2+/CuRT1ln2FCu2+RT1RT1ln=0.28545+ln=0.33865V

10、2FCu2+2F0.150.1Cu=Cu2+/Cu+2+/Cu1(T-298)2212Cu(298K)=(T)-(T-298)-(T-298) 2+2+/CuCu/Cu2=0.33865+0.01610-3(293.4-298)=0.33858VQCu(T)=(298K)+(T-298)+2+/CuCu2+/Cu理論值的計(jì)算：Cu2+(298K)=0.3402V(298K)=-0.7628V /CuZn2+/ZnCu1(T-298)22=0.3402-0.01610-3(293.4-298)=0.34027V2+(T)=(298K)+(T-298)+/CuCu2+/CuZn(T)=(298K)

11、+(T-298)+2+ZnZn2+Zn1(T-298)2 20.62=-0.7628+0.10010-3(293.4-298)+10-6(293.4-298)22=-0.76325VCu2+/Cu(T)=Cu(T)-2+/CuRT1RT1ln=0.34027-ln=0.31110V 2FCu2+2F0.100RT1RT1ln=-0.76325-ln=-0.79242V 2FZn2+2F0.100Zn2+/Zn(T)=Zn(T)-2+/ZnV+0.79242V=1.1035V Etheory=Cu2+/Cu(T)- Zn2+/Zn(T)=0.31110相對(duì)誤差：Eexp.-EtheoryEtheory=1.0965-1.1035100%=-0.63%1.1035思考題1.簡(jiǎn)述對(duì)消法原理。解：電位差計(jì)所提供的電源電動(dòng)勢(shì)與原電池的電源電動(dòng)勢(shì)處于反向，即兩者在同一電路中的電壓方向相反，調(diào)節(jié)電位差計(jì)使電路中電流為零，此時(shí)電位差計(jì)的電壓與原電池的電壓相等，達(dá)到測(cè)量未知電壓的目的。2.參比電極應(yīng)具備什么條件？它有什么作用？解：條件：易制備，電極電位穩(wěn)定，不易在空氣中發(fā)生反應(yīng)。作用：與待測(cè)電極形成一個(gè)電池，通過(guò)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)減去已知參比電極的電位來(lái)得到未知電極的電位。3.若電池極性接反了有什么后果