实验五电动势的测定与应用.ppt

实验五 电动势的测定与应用,一、实验目的与要求,1.掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法 2.学会一些电极的制备和处理方法，加深对原电池、电极电势等概念的理解 3.测量下列电池的电动势： (1)Zn|ZnSO4(0.1000mol/L)‖KCl(饱和)|Hg2Cl2,Hg (2)Hg,Hg2Cl2|KCl(饱和)‖CuSO4(0.1000mol·L-1)|Cu (3)Zn|ZnSO4(0.1000mol·L-1)‖CuSO4(0.1000mol·L-1)|Cu,二、实验重点与难点,1.电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法 2. 铜电极、锌电极和甘汞电极处理方法三、实验原理,电池由正、负两个电极组成，电池在放电过程中，负极起氧化反应，正极起还原反应，电池反应是电池中所有反应的总和电池的电动势等于两个电极电势的差值 以Cu-Zn电池为例： 电池符号：Zn|ZnSO4(m1)‖CuSO4(m2)|Cu 符号“|”代表固相和液相两相界面；“‖”代表两个液相间的“盐桥”；m1和m2分别为ZnSO4 和CuSO4的质量摩尔浓度Zn电极的电极电势： (1) Cu电极的电极电势： (2) Cu-Zn电池的电池电动势： (3),,,,可逆电池的电动势不能直接伏特计测量。

因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学反应，电池中溶液的浓度将不断改变，因而电动势值也会发生变化另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所测量出的只是两极的电势降，而不是电池的电动势，只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势在进行电池电动势测定时，为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，采用电位差计测量，电位差计是可以利用对消法原理进行电势差测量的仪器，即能在无电流通过时测得其两极的电势差，这时的电势差就是电池的电动势电位差计工作原理示意图如图1所示 ： 图1 电位差计工作原理示意图,,Ew、 Es 、 Ex分别为工作电池、标准电池和待测电池，工作电池使均匀电阻AB上电流通过并产生均匀的电位降测定时先将K扳至与标准电池Es相连，移动滑线电阻至接触点C，使检流计G中无电流通过，这时AC上的电位降VAC正好和标准电池的电动势Es数值相等而相互对消，因此得： （4）,,再将K扳至与待测电池Ex相连，用同样的方法找出检流计G中无电流通过时的平衡点C´，得： （5） 把(4)、（5）两式相除，并整理后得： （6）,,,对于单个离子，其活度是无法测定的，因此用强电解质的m±与其 的乘积作为离子的活度，故可得以下关系式： 是离子的平均离子活度系数。

其数值大小与物质浓度、离子的种类、实验温度等因素有关四、仪器与试剂,SDC数字电位差综合测试仪 一台 锌电极 2支 铜电极 2支 甘汞电极 2支 KCl溶液(饱和) ZnSO4(0.1000mol/L) 电线 CuSO4(0.1000mol/L) 硫酸 硝酸 饱和KCl盐桥 饱和KNO3盐桥 硝酸亚汞溶液(饱和) 烧杯 电极架 砂纸,五、实验操作步骤,1.开机 用电源线将“SDC数字电位差综合测试仪”仪表后面板的电源插座与220V电源连接，打开电源开关（ON），预热15分钟SDC数字电位差综合测试仪面板示意图如图2所示 图2 SDC数字电位差综合测试仪,,2.电极制备与电池组合 （1）将甘汞电极插入装有饱和KCl溶液的广口瓶中另取一个广口瓶洗净后用数毫升0.1000mol/L的ZnSO4溶液连同Zn电极一起淌洗，然后装0.1000mol/L的ZnSO4溶液约2/3，插入Zn电极，再用KNO3盐桥与甘汞电极连接就构成了第（1）号电池。

锌电极在使用前，须浸入稀硫酸中几秒钟以除去表面氧化物，洗净后浸入硝酸亚汞溶液几秒钟，取出用滤纸摩擦，直到表面发亮，使之汞齐化汞齐化可消除表面副反应对电极电势的影响2）将甘汞电极插入装有饱和KCl溶液的广口瓶中另取一个广口瓶洗净后用数毫升0.1000mol/L的CuSO4溶液连同Cu电极一起淌洗，然后装0.1000mol/L的CuSO4溶液约2/3，插入Cu电极，再用KNO3盐桥与甘汞电极连接就构成了第（2）号电池 使用前，将铜电极在约6mol/L的硝酸溶液中浸洗，除去氧化层和杂质然后取出用水冲洗，再用蒸馏水淋洗 （3）装配锌电极和铜电极的方法分别与（1）和（2）中的相同，然后用KNO3盐桥连接锌电极和铜电极就构成了第（3）号电池3.电动势的测定 （1）校验 A.用测试线将被测电动势按“+” 、“-”极性与“测量插孔”连接 B.将“测量选择”旋钮置于“内标” C.将“10°”位旋钮置于 “1”，“补偿”旋钮逆时针旋到底，其他旋钮均置于“0”，此时，“电位指示”显示 “1.00000”V D.待“检零指示”显示数值稳定后，按一下“采零”键，此时，检零指示应显示“0000”2）测量 A.将“测量选择”置于“测量”。

B.调节五个旋钮，使“检零指示”显示数值为负且绝对值最小 C.调节“补偿”旋钮，使“检零指示”显示为“0000”，此时，“电位指示” 数值即为被测电动势的值六、数据处理,1.记录上列三组电池的电动势测定值 2.根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验温度时饱和甘汞电极的电极电势： 3.根据实验温度时饱和甘汞电极的电极电势以及（1）、（2）二组电池的电动势测定值，计算铜电极和锌电极的电极电势 4.已知在25℃时0.1000mol/L CuSO4溶液中铜离子的平均离子活度系数为0.16，0.1000mol/L ZnSO4溶液中锌离子的平均离子活度系数为0.15，根据上面所得的铜电极和锌电极的电极电势计算铜电极和锌电极的标准电极电势并与物理化学数据手册上所列的标准电极电势数据进行比较七、思考题,1.为什么不能用伏特计测量电池电动势？ 2.对消法测量电池电动势的主要原理是什么？,。