原電池電動(dòng)勢及溶液pH值的測定

1、 原電池電動(dòng)勢 及溶液pH值的測定原電池電動(dòng)勢及溶液pH值的測定一、目的要求：1、測定銅鋅原電池的電動(dòng)勢。2、用電動(dòng)勢法測定溶液的pH值。3、掌握電位差計(jì)測量電池電動(dòng)勢的原理及使用 方法。 電池由兩個(gè)電極組成。在電池反應(yīng)中，進(jìn)行氧化反應(yīng)的是負(fù)極，進(jìn) 行還原反應(yīng)的是正極,以銅-鋅電池為例，它可以表示為： Zn IZnSO4(a1)lI CuSO4(a2)lCu 負(fù)極反應(yīng)為：ZnZn2+2e 正極反應(yīng)為：Cn2+2e Cu 總電池反應(yīng)：Zn+Cu2+ Cu+Zn2+ 其電動(dòng)勢的大小與電極性質(zhì)及溶液中相關(guān)離子的活度的關(guān)系可由能 斯特公式求得：22ln20CuZnaaFRTEE 原電池的電動(dòng)勢是在原電

2、池的各相間沒有帶電 粒子的轉(zhuǎn)移時(shí)各相間電勢差的總和， 也就是原 電池的開路電壓。所謂“開路”，實(shí)際上就是在測 定時(shí)沒有電流通過原電池。作為一種近似處理, 完全消除了液接的電池可以按可逆電池對待。 因此,電動(dòng)勢的測定必須在可逆條件下進(jìn)行,否則所得電 動(dòng)勢沒有熱力學(xué)意義。可逆必須滿足： 1）電極反應(yīng)可向正反兩個(gè)方向進(jìn)行； 2）不論是充電還是放電，所通過的電流必須十分微小， 電池在接近平衡態(tài)下工作?？赡骐姵仉妱?dòng)勢與參與平衡的 電極反應(yīng)的各溶液活度之間的關(guān)系完全由該反應(yīng)的能斯特 方程決定。IREU不能用伏特計(jì)直接不能用伏特計(jì)直接測定測定, ,因?yàn)殡姵嘏c因?yàn)殡姵嘏c伏特計(jì)相接后伏特計(jì)相接后, ,便構(gòu)成了回

3、路便構(gòu)成了回路, ,有電有電流通過流通過, ,發(fā)生化學(xué)變化、電極被極化、發(fā)生化學(xué)變化、電極被極化、溶液濃度改變、電池電勢不能保持溶液濃度改變、電池電勢不能保持穩(wěn)定。且電池本身有內(nèi)阻，伏特計(jì)穩(wěn)定。且電池本身有內(nèi)阻，伏特計(jì)所量得的電勢降不等于電池的電動(dòng)所量得的電勢降不等于電池的電動(dòng)勢。勢。 對消法可在電池?zé)o電流通過時(shí)測得其兩極間的電勢差，即為該電池的電動(dòng)勢。EURrRREUIRIUIrRE相同外電路)(對消法就是根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的。在外電路加一個(gè)方向相反而電勢幾乎相同的電池，以對抗原電池的電動(dòng)勢。此時(shí)，外電路上差不多沒有電流通過，相當(dāng)于R為無限大的情形下進(jìn)行測定。 可使用電位差計(jì)測量原電池的電動(dòng)勢

4、，電位差計(jì)的原理為對消法。電路基本原理圖如下： 組成: 工作電流回路 校準(zhǔn)工作電流回路 測定回路 ncnxcxnnnnRREEIREREIIRE/ 由此可知，用補(bǔ)償法測量電池電動(dòng)勢的特點(diǎn)： 在完全補(bǔ)償(G在零位)時(shí)，工作回路與被測回路之間并無電流通過，不需要測出工作回路中的電流I的數(shù)值，只要測得Rc與Rn的比值即可。由于這兩個(gè)補(bǔ)償電阻的精度很高，且En也經(jīng)過精確測定，所以只要用高靈敏度檢流計(jì)示零，就能準(zhǔn)確測出被測電池的電動(dòng)勢。UJ-25型電位差計(jì)測電動(dòng)勢的范圍其上限為600V，下限為0.000001V，但當(dāng)測量高于1.911110V以上電壓時(shí)，就必須配用分壓箱來提高上限。工作電流: 0.000

5、1A。直流電位差計(jì)使用注意事項(xiàng)及高阻抗電位差計(jì)見書267頁。高阻抗電位差計(jì)是一種測定電動(dòng)勢的新技術(shù)，是發(fā)展的必然趨勢。 SDC-IIB數(shù)字電位差綜合測試儀用一體化設(shè)計(jì),將UJ系列電位差計(jì)、光電檢流計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電池等集為一體，體積小，重量輕、便于攜帶。用數(shù)字顯示。 測量范圍05V，測量分辨率10V。ABACEECSx. 電動(dòng)勢法可以用來測定溶液的pH值，其原理是將一個(gè)與氫離子活度有關(guān)的指示電極與另一參比電極放在被測溶液中構(gòu)成電池，然后測定該電池的電動(dòng)勢E。由于參比電極電勢恒定，該電池的電動(dòng)勢的數(shù)值就只與被測溶液中的氫離子活度aH+有關(guān)，于是可根據(jù)E的數(shù)值求算出溶液pH值，常用的氫離子指示電極有：玻璃

6、電極，氫電極及醌氫醌電極，本實(shí)驗(yàn)用醌氫醌電極為指示電極。甘汞電極為參比電極。醌氫醌(為等摩爾的醌和氫醌的結(jié)晶化合物)電極的電極反應(yīng)為：其電極電勢為:246246)(22OHHCeHOHC20/22/2ln2HQQHQHQaaaFRTQHQpHFRTaFRTaFRTaaQHQQHQQHQQHQHQHQHQHQQQH303.2ln1ln2(0/0/20/2/22/22/22對苯二酚解離度極?。┤粲蔑柡透使姌O作參比電極，當(dāng)溶液的pH7.7時(shí)，醌氫醌電極為氧化電極(負(fù)極)，此時(shí)，溶液pH的公式請讀者自行推導(dǎo))。 由于pH8.5時(shí),氫醌會(huì)發(fā)生電離, 堿性溶液中容易氧化,故不能用于pH8.5的溶液,也不

7、能在含硼酸鹽的溶液中 (生成配合物)和含強(qiáng)氧化劑的溶液中使用。FRTEpHpHFRTEQHQQHQQHQ/303.2)303.2)(0/)(0/222飽和甘汞飽和甘汞甘汞（飽和）（式中醌氫醌電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢 ，飽和甘汞電極的電勢 的值均與溫度有關(guān)，它們與溫度的關(guān)系為：因此，若測定了電池的電動(dòng)勢，根據(jù)便可求得溶液的pH值。 02/QHQ甘汞（飽和）FRTEpHQHQ/303.2)(0/2飽和甘汞實(shí)驗(yàn)溫度甘汞（飽和）甘汞（飽和）甘汞（飽和）tttttttQHQ)25(106 . 72412. 0)25(1016. 9)25(1075. 1)25(1061. 62412. 0)25(106 . 7

8、2438. 0)25(104 . 76994. 04310264440/2三、儀器、藥品： SDC-IIB數(shù)字電位差綜合測試儀1臺(tái)，鋅電極1支，銅電極1支；鉑電極1支；飽和甘汞電極1只；半電池2個(gè)；小燒杯8個(gè)，吸球1個(gè)，pH計(jì)（PB-10）1 臺(tái)，復(fù)合電極1支， 飽和KCl溶液， 0.10MZnSO4溶液， 0.10 MCuS04溶液，1 MHAC溶液；1 MNaAC溶 液。 甲液(每升溶液含11.376克Na2HP0412H20) 乙液(每升溶液含9.078克KH2P04), 醌氫醌晶體 標(biāo)準(zhǔn)電池請看教材260頁。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、電極制備及電池組合 (1)鋅電極及鋅半電池。用細(xì)砂紙打磨，用

9、蒸餾水淋洗，用濾紙擦干，再將處理好的鋅電極，插入清潔的半電池管內(nèi)并塞緊，將虹吸管管口浸入有 0.10M ZnSO4溶液的燒杯內(nèi)，用吸球自支管吸入ZnSO4，夾上螺旋夾，注意虹吸管內(nèi)不能有氣泡，也不能有漏液現(xiàn)象。 (2)銅電極及銅半電池；同法制備。四、實(shí)驗(yàn)步驟： (3)電池組合：將飽和電池組合：將飽和KCI溶液注入溶液注入50ml小燒杯中，制成鹽橋，將上述的鋅小燒杯中，制成鹽橋，將上述的鋅半電池的虹吸管和銅半電池虹吸管插入燒杯中，所組成的電池為：半電池的虹吸管和銅半電池虹吸管插入燒杯中，所組成的電池為：電池電池1： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)

10、|Cu分別與甘汞電極組成的電池為：分別與甘汞電極組成的電池為：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+(0.10molL-1)|Cu 四、實(shí)驗(yàn)步驟：2、電動(dòng)勢的測定： (1) 分別估算待測電池的電動(dòng)勢。 (2)仔細(xì)閱讀綜合測試儀使用說明書的有關(guān)部分。 (3)分別測定各待測電池的電動(dòng)勢，重復(fù)三次，取平均值。四、實(shí)驗(yàn)步驟：測定電動(dòng)勢一般應(yīng)注意： (1)連接線路時(shí)，切勿將標(biāo)準(zhǔn)電池、工作電池、待測電池的正、負(fù)極接反。(2)剛組成的電池電動(dòng)勢不穩(wěn)定，應(yīng)待35分鐘后

11、再測定。 當(dāng)工作電池剛接入電路時(shí)，電動(dòng)勢稍有下降。因此在電池接入電路后，應(yīng)稍等幾分鐘再操作。(3)測試時(shí)必須先按電位差計(jì)上“粗”按鈕，經(jīng)調(diào)節(jié)使檢流計(jì)示零后，再按“細(xì)”按鈕調(diào)節(jié)使檢流計(jì)示零，以免檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)過猛而損壞。按按鈕時(shí)間要短，不超過1s，以防止過多電荷量通過標(biāo)準(zhǔn)電池和待測電池，造成嚴(yán)重極化現(xiàn)象，破壞電池的電化學(xué)可逆狀態(tài)。（避免在尋找平衡點(diǎn)的過程中，原電池發(fā)生極化現(xiàn)象。 ）(4)在整個(gè)測量過程中，因工作回路有電流通過，故工作電池的電動(dòng)勢會(huì)略有改變，因此，每測定一次就要校正一次。 四、實(shí)驗(yàn)步驟：(5)、為了判斷所測量的電動(dòng)勢是否為平衡電勢，一般應(yīng)在15分鐘左右的時(shí)間內(nèi)，等間隔地測量7-8個(gè)數(shù)據(jù)

12、。若這些數(shù)據(jù)是在平衡值附近擺動(dòng)，偏差小于0.5mV，則可認(rèn)為已達(dá)平衡，記錄最后三個(gè)數(shù)據(jù)，取平均值作為該電池的電動(dòng)勢。四、實(shí)驗(yàn)步驟：3、電動(dòng)勢法測溶液的pH值。 (1)配制下列溶液 取1.0moldm-3HAC及1.0moldm-3 NaAC溶液各5.00ml混合后蒸餾水稀釋到20.00ml作待測液1。 取甲液1.00ml，乙液19.00ml混合，作待測液2。 取甲液14.00ml，乙液6.00ml混合，作待測液3。 將適量(黃豆大小)醌氫醌分別加在各待測溶液中，用玻璃棒攪均勻讓其 充分溶解形成飽和溶液，然后將光亮鉑電極和飽和甘汞電極分別插入待 測溶液 、 、中組成下列電池。 HgIHg2Cl2l KCl(飽和)ll待測溶液IQH2Q IPt (2)測定上述溶液的電動(dòng)勢 用電位差計(jì)分別測定上述電池的電動(dòng)勢，重復(fù)三次。 再以蒸餾水沖洗鉑電極及甘汞電極外壁，并用濾紙拭干，浸入其余各待測溶液中組成電池，分別測定電動(dòng)勢，重復(fù)三次。 在測定時(shí)，一定要讓醌氫醌充分溶解，真正形成飽和溶液之后進(jìn)行測定，所得之值才能達(dá)到穩(wěn)定。 4、用pH計(jì)測定上述溶液的pH值。五、數(shù)據(jù)處理：五、數(shù)據(jù)處理：五、數(shù)據(jù)處理：1、根據(jù)公式計(jì)算Cu一Zn電池電動(dòng)勢的理論值， 并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，討論產(chǎn)生誤差的原因。15.016.015.2981 .0)298(21)298(2