物理化学实验-电池电动势的测定实验报告(共6页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上原电池电动势的测定与应用华南师范大学 化学与环境学院合作: 指导老师：林晓明一、实验目的 ① 掌握电位差计的测量原理和原电池电动势的测定方法；② 加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解；③ 测定电池(Ⅰ)及电池（Ⅱ）的电动势；④ 了解可逆电池电动势测定的应用二、实验原理1.用对消法测定原电池电动势： 原电池电动势不能能用伏特计直接测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生极化，结果使电极偏离平衡状态另外，电池本身有内阻，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压而测量可逆电池的电动势，只能在无电流（或极小电流）通过电池的情况下进行，因此采用对消法（又叫补偿法）对消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势本实验使用的电动势测量仪器是SDC型数字电位差计，它是利用对消法原理设计的2.原电池电动势测定： 电池的书写习惯是左方为负极，右方为正极负极进行氧化反应，正极进行还原反应如果电池反应是自发的，则电池电动势为正符号“|”表示两相界面，“||”表示盐桥在电池中，电极都具有一定的电极电势。

当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势只差就等于该可你电池的电动势，规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差，即E=φ+-φ-式中，E是原电池的电动势φ+、φ-分别代表正、负极的电极电势根据电极电位的能斯特方程，有+ -RT/ZFln(α还原/α氧化)- -RT/ZFln(α还原/α氧化)电池（Ⅰ）Hg|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)‖AgNO3(0.02mol/L)|Ag 负极反应：Hg + Cl-（饱和） 1/2Hg2Cl2 + e- 正极反应：Ag+ + e- Ag总反应：Hg + Cl-（饱和）+ Ag+ 1/2Hg2Cl2 + Ag根据电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位：φAg/Ag+ = φθAg/Ag+ + 0.05916V lgɑAg+ 其中 φθAg/Ag+ = 0.799 - 0.00097（t-25） 又因AgNO3 浓度很稀，ɑAg+ ≈ [Ag+] = 0.02 负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值，故其电极电位只与温度有关，其关系式： φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t–25)而电池电动势 E = φ+ - φ-；可以算出该电池电动势的理论值。

与测定值比较即可3.电动势测定的应用：求溶液的pH值，通常将醌氢醌电极与饱和甘汞电极组成原电池，测定其电动势，则溶液的pH值可求电池（Ⅱ）Hg|Hg2Cl2|KCl（饱和）||H+（0.2mol/L HAc+0.2mol/L NaAc）H2|Pt醌氢醌是一种暗褐色晶体，在水中溶解度很小，在水溶液中依下式部分溶解C6H4O2C6H4(OH)2（醌氢醌）== C6H4O2(醌)+C6H4(OH)2(氢醌)在酸性溶液中，对苯二酚解离度极小，因此醌与对苯二酚的活度可以认为相同，即α醌=α氢醌醌氢醌电极的制备很简单，只需待测pH值溶液以醌氢醌饱和，浸入惰性电极（铂电极）中即可醌氢醌电极作为还原电极时，电极反应是C6H4O2（醌）+2H+ +2e- →C6H4(OH）2（氢醌）其电动势为：φ醌氢醌 =φθ醌氢醌 –RT/Fln 1/αH+ =φθ醌氢醌 -2.303RT/F pH其中φθ醌氢醌 =0.6994-0.00074（t-25）通过实验测得电池的电动势，就可以计算出溶液的pH值三、实验仪器及用品1.实验仪器： SDC数字电位差计、超级恒温槽、饱和甘汞电极、光亮铂电极、银电极、250mL烧杯、20mL烧杯、U形管。

2.实验试剂： 0.02mol/L的硝酸银溶液、饱和氯化钾溶液、硝酸钾、琼脂 四、实验步骤 1.制备盐桥 3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法：在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上表面皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶解然后加入40g硝酸钾，充分搅拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入干净的U形管中，两端要装满，中间不能有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用制备好的盐桥丌使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸 2.组合电池 将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中将一个20mL小烧杯洗净后，用数毫升0.02mol/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗，然后装此溶液至烧杯的2/3处，插入银电极，用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池 3.测定电池的电动势 ①根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）、（Ⅱ）的电动势理论值 ②正确接好测量电池（I）的线路电池与电位差计连接时应注意极性盐桥的两支管应标号，让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触仪器要注意摆布合理并便于操作 ③用SDC数字电位差计测量电池（I）的电动势每隔2min测一次，共测三次。

④同法，用SDC数字电位差计测量电池（Ⅱ）的电动势，要测至平衡时为止测量完毕后，倒去两个小烧杯的溶液，洗净烧杯的溶液盐桥两端淋洗后，浸入硝酸钾溶液中保存五、实验数据记录与处理将实验数据列入表1中室温： 23.5℃ 大气压： 1014.3hPa 1.电池（I）测定记录 恒温槽： 30℃ 表1 电池（Ⅰ）实验数据记录表测定值/V测定平均值/V理论计算值/V相对误差一次二次三次0.455100.455300.455400.455270.453730.34%2.电池（Ⅱ）测定记录 恒温槽： 30℃ PH理论值=-lg[H+]=-lg(ca/cb*Ka)=4.74PH测定=（0.45745-E）/0.06015=4.50表2 电池（Ⅱ）实验数据记录表电动势/VpH值测定值利用测得的电动势求得溶液的pH值理论值相对误差2min4min6min平均值0.180710.186810.186730.186854.504.745.06%六、讨论与分析1.误差分析：（1）温度的影响：文献值是在298.15K时测定得到的；而实验测定时并不是在298.15K下进行，且测定过程中还有升温的操作，故温度的偏差会对结果带来影响。

2）仪器的不稳定带来较大误差：调节电桥平衡的操作时间应尽可能的短，否则电极上较长时间的有电流通过，会发生电池反应使得溶液浓度下降、电极表面极化，这样可逆电极变成不可逆的，会给实验带来较大误差而本次实验中所用仪器不稳定，需要较长的时间才能大致调节到平衡，即使是同一个电动势值，在很短的时间内测得的数据都有较大波动，所以不能很快调节到平衡是实验的误差主要来源3）电流无限小的情况下测量，才能达到可逆电池的要求，但在实验过程中电流无法达到无限小仍存在一定值的电流，于是产生的极化作用破坏了电池的可逆性，使电动势偏离可逆值4）恒温槽温度存在波动，电镀不均匀，会造成不稳定此外实验中采用盐桥来消除液接电位，但实际实验中由于一开始的时候仪器不稳定，导致无法正常测定，最后得更换仪器后重新测定而此时，盐桥已经被消耗一部分，其作用被减弱，不能保证盐桥能够完全消除液接电位2.数据分析：观察实验测得的数据，可以看到，在相同温度下，随着反应时间的增加，原电池测得的电动势值并非维持在稳定态，而是逐渐降低的产生这种现象的主要原因有两个：（1） 随着时间的增加，反应也在不断地进行，电极的反应物也被不断地消耗，导致Ag+的浓度减小。

由原电池反应的能斯特方程可知饱和甘汞电极由于Hg为纯液态，Cl-也达到饱和态，因此这两者的浓度可看作不变，即原电池负极的电极电势不变；另外，Ag+的浓度减小导致正极电势减小，电池反应的E减小，测得的结果也逐渐变小2） 随着反应的进行，盐桥也在不断地消耗插入盐桥的目的就是为了降低液接电势，减少电池的极化现象但因为盐桥被消耗，会导致其工作能力下降，电池的极化现象严重化，导致电池反应的E减小，测得的结果也逐渐变小七、思考题1. 为何测定电动势要用对消法？对消法的原理是什么？解：原电池电动势不能能用伏特计直接测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生生极化，结果使电极偏离平衡状态另外，电池本身有内阻，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压而测量可逆电池的电动势，只能在无电流（或极小电流）通过电池的情况下进行，因此采用对消法对消法的原理：在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势 2. 测电动势为何要用盐桥？如何选用盐桥以适合不同体系？解：使用盐桥可以有效地减弱液体接界电位，减小电池的极化现象带来的干扰，使测定更加准确。

选用盐桥时，要求盐桥的盐浓度远远高于被测物的浓度，最少应大于10倍以上此外，还要求盐桥的正、负离子迁移速率尽量相等，且不与溶液反应，最好选用与电极具有相同离子的盐桥，以排除引入外来离子造成测定干扰3. 使用醌氢醌电极的限制条件是什么？解：在酸性溶液中，方有α醌=α氢醌参考文献[1] 何广平，南俊民，孙艳辉等. 《物理化学实验》[M].华南师范大学化学实验教学中心， 化学工业出版社，2007.[2] 傅献彩，沈文霞等编. 物理化学. 第四版. 北京：高等教育出版社，2008.专心---专注---专业。