华师物化实验原电池电动势的测定与应用.doc

华南师范大学实验报告学生姓名：学号：专业：化学师范年级、班级：201级1化教六班课程名称：物理化学实验实验项目：原电池电动势的测定与应用指导老师：蔡跃鹏实验评分：实验目的】1. 掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法；2. 掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法；3. 加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解；4. 测定电池(1)的电动势；5. 了解可逆电池电动势测定的应用；6. 根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不同温度下的电动势值，计算电池反应的热力学函数^、△、△H【实验原理】可设计成原电池的化学反应，发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极，发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极，两个半点池组成一个原电池电池的书写习惯是左方为负极，即阳极，右方为正极，即阴极符号“|”表示两相界面，液相与液相之间一般加上盐桥，以符号“”表示，如电池反应是自发的，则其电动势为正，等于阴极电极电势E与阳极电极电势E之差，即EEE以铜锌电池为例铜锌电池又称丹尼尔电池()，是一种典型的原电池此电池可用图示表示如下：ZnZnSO(aImol・g)：:CuSO(a1mol・g)Cu41"42左边为阳极，起氧化反应ZnZn2・(a)・2ei其电极电势为E・E・E竺In竺吐2Fa(Zn2*)右边为阴极，起还原反应Cu2,(a)^2eCu2其电极电势EEERTlna(Cu)阴2Fa(Cu2・)总的电池反应ZnCu2(a)4=^-Zn2(a)Cu21原电池电动势E(E£)竺lna(Zn2)ERTlna(Zn2')2Fa(Cu2)2Fa(Cu2)E、E分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势，a(Zn2)和a(Cu2)分别为Zn2和Cu2的离子活度。

本实验所测定的三个电池为：.原电池・Hg(l)H^C^(s)KCl(饱和)、AgNO(O.OImol・m・)Ag(s)阳极电极电势E/VE/V0.2410B7.610・(t/°C・25)■ Hg2Cl2(s)/Hg阴极电极电势EEERTlna(Ag)■ Ag/AgAg/AgFE/V0.7990.00097(t/C25)Ag/Ag原电池电动势EEEERTlna(Ag)EAg/AgFHg2Cl2(s)/Hg原电池・AgAgCl(s)KCl(0.1mol・m)：:AgNO(0.01mol・m«B)Ag"3阳极电极电势AgCl(S)/Ag孚lna(Cl)E£gCl(S)/Ag/V0-2221^0-000645^(t/C^25)阴极电极电势原电池电动势EEERTlna(Ag)Ag/AgAg/AgFEEEEAg/AgAgCl(S)/AgRTln^Cl・)a(Ag)F其中0.01mol・gAgNO的・・0.9030.1mol・gKC/的，・0.77稀水溶液中mol・m*浓度可近似取mol・g・浓度的数值电池"Hg(l)HgCl(s)KCl(饱和)22H(0.1mol・m・HAc・0.1mol・m・NaAc),Q曲QPt2阳极电极电势E/VE/V0.2410B7.6・0*(t/°CB25)Hg2Cl2(s)/Hg阴极电极电势EEERTIna(H)Q/H2/H2QFE・/V・0.6994・7.410・(t/C・25)Q/H2Q原电池电动势EEEERTIna(H)EQ/H2QFHg2Cl2(s)/HgE2.303RP=EQ/H2QFHg2Cl2(s)/Hg即E，EE)pHQ/H2eHg2C?2(s)/Hg(2.303RT2/F)由此可知，只要测出原电池3的电动势，就可计算出待测溶液（HAcNaAc缓冲溶液）的值。

测定可逆原电池的电动势常采用对消法（又称补偿法），其原理和方法在附录1、2、3中作了详细的介绍通过原电池电动势的测定，还可以得到许多有用的数据，如离子活度等特别是通过测定不同温度下原电池的电动势，得到原电池电动势的温度系数（―），由此可求出许多热力学函数，如计算相应p电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变GzFE，摩尔反应焓rmHzFE^zFT^E）及摩尔反应熵SzF（）等rmTprmTp如果电池反应中，反应物和生成物的活度均为1，温度为298.15K，则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准E（298.15K）、G^（298.15K）、和S歌298.15K）rmrm利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势因，此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数・G、h、S等比用量热法或化学平衡常数法求rmrmrm得的热力学数据更为准确可靠原电池设计与制造的难度主要是电极的制备，所以对一些常用电极的制备方法作一些了解还是很有必要的（详见附录5）仪器和药品】-数字电位差计（含附件）1台溶液标准电池1个溶液甘汞电极（饱和）1支溶液银-氯化银电极1支溶液光铂电极1支醌氢醌固体粉末（黑色）银电极1支盐桥3个吸耳球1个烧杯1个洗瓶个广口瓶个饱和氯化钾溶液移掖管开m关'9xiomv0MI01和在215烧杯中，咖入00蒸馏水计;【实验步骤J?方法：用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶觉拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入解。

然干净的形管中，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不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸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小烧杯洗净后，用数毫升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测定电池的电动势① 根据公式计算实验温度下电池（）的电动势理论值② 正确接好测量电池（）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 用数字电位差计测量电池（）的电动势每隔测一次，共测三次④ 接通恒温槽电源进行恒温，使其分别达到°C°测、°C,温度波动范围要求控制在正负°c之内把被测电池放入恒温槽中恒温，同时将原电池引出线连接到型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接），测定其电动势，每分钟测次，直至电位差计读书稳定为止O然后调节恒温槽，令恒温升温C，重复上述操作，然后再升温并进行测定O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实验记录及数据处理】室温：.气压:测定值测定平均值理论计算值相对误差一次二次三次测量温度：.测定值测定平均值理论计算值相对误差一次二次三次€0.7€0()饱和甘汞E—0.4540V理论Ag/Ag饱和甘汞室温：.气压:次序°CEE*E△△△电池反应y=-0.00025X+0.541E/T12回归方电池反应E0加阳Uf0.8112w)0.0005Srmrm|nFTPGrmnFEHrmFEnFTTP=，1二96500，mEo=l0.581得：ArSm=1<96500<-(ArGm=1X96500X0.1(-+ArHm二0.000581(m1k.1为99.6<10-.1电池总反应:1Hg(l)Cl(饱和)Ag(aq)-HgCl(s)Ag(s)222查参考文献得（、（、各自的的标准生成焓变AfH°m、标准生成自由能变AfG°m及标准熵S°m，由此计算出电池反应的AfH°m、AfG°m、AfS°m如下所示..a((q的AfH°m、AfG°m及S°mAfH°m(9AfG°im(9S°mn9•(mH(005.0(105.90.11.9Cl—(aq)-167.44-131.1755.20AAAAAA°相对误差：（°相对误差：（°相对误差：（【结果讨论】从以上的实验结果可以看出本次的实验误差较大，分析其可能原因有如下几点：/l\\•1）只有在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。

2）仪器的不稳定带来较大误差，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）恒温槽温度存在波动，电流不均匀，会造成不稳定，此外实验中采用盐桥来消除液接电位，但实际实验中不能保证盐桥能够完全消除液接电位4）本实验的理论参考数据是在标准状况下的数值，而实验过程中的温度和大气压都有变化，所以计算的误差也较大思考题】1. 为何测电动势要用对消法？对消法的原理是什么？答：电池电动势不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，只能在无电流通过电池的情况下进行，因此，采用对消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2. 电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用？答：电位差计：利用补偿法测定被测电极电动势；标准电池：提供稳定的已知数值的电动势，以此电动势来计算未知电池电动势。

检流计：指示通过电路的电流是否为零；工作电池：为整个电路提供电源，其值不应小于标准电池或待测电池的值电池反应3. 测电动势为何要用盐桥？如何选用盐桥以适合不同的体系？答：(1)对于双液电池电动势的测定需用盐桥消除液体接界电势)选择盐桥中电解质的要求是：①高浓度(通常是饱和溶液)；②电解质正、负离子的迁移速率接近相等；③不与电池中的溶液发生反应具体选择时应防止盐桥中离子与原电池溶液中的物质发生反应，如原电池溶液中含有能与作用而产生沉淀的、离子或含有能不离子作用的-离子，则不可使用盐桥，应选用或盐桥3在测定电动势过程中，若检流计的指针总往一个方向偏转，可能是何原因？答：若调不到零点，可能的原因有：()电池(包括工作电池、标准电池和待测电池)的正负极接反了；(。