物化实验考试 电动势 方方 1000012106.pdf

摘要 实验利用对消法，测定了可逆电池的电动势，并建立了过程可逆的观念通过不同浓度下的铜锌电池的电动势的测量，得到锌的标准电势为-0.7502V，铜的标准电极电势为 0.3592V 通过测量以银为电极、 AgCl 和 AgNO3为电解液的电池电动势， 计算得 AgCl 溶度积为1.0794 × 10;10， 溶解度1.04 × 10;5 mol · L;1； Ksp绝对偏差为6.9 × 10;11，相对偏差为 39.0％，lg Ksp绝对偏差为0.084，相对偏差为0.861％ 物理化学实验报告 电动势的测定及其应用 实验人： 方方 1000012106 编号： 1 组 1 号 实验日期： 2012-5-14 室温： 26.2 ℃ 大气压： 100.55 kPa 物理化学实验报告 电动势的测定及其应用 方方 生命科学学院 1000012106 1 / 5 实验目的 学习测定电动势的原理和方法，学会通过测定电动势求出难溶物质的溶度积 实验原理 1.电池与电动势 电池电动势不能直接用伏特计测量，因为与伏特计相接后构成回路，有电流通过，发生化 学变化、电极被极化、溶液浓度改变、电池电势不能保持稳定，且电池本身有内阻。

利用对 消法（补偿法）可以在电池无电流或极小电流通过时测定其二极的静态电势，此时电池反应 是在接近可逆条件下进行的对消法测定电池电势的过程是一个趋近可逆过程的例子 2.电极势的测定 电池由两个电极（半电池）构成，电池的电势是两个电势的差值一定温度下的电极电势 大小取决于电极性质和溶液中有关离子的活度 电化学中， 电极电势是以标准电极电势测定求出的相对值，规定ε电池= ε右− ε左 本实验是测定几种金属电极的电极势，将待测电极与饱和甘汞电极组成如下电池 Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和溶液)||Mn:(a±)|M 其电动势ε为：ε=ε右− ε左=εΘ(MMn+) +RTnFlna(Mn:) − ε(甘汞) 式中已设液接电势为 0，εΘ(MMn+)为金属电极的标准电势通过实验测定ε值，再根据ε(甘汞)和溶液中金属离子的活度即可求得该金属的标准电极势εΘ 3.溶度积的测定 实验通过测定电池电动势，求出微溶盐 AgCl 的溶度积和溶解度 浓差电池 Ag|KCl(0.01mol · L;1)与饱和 AgCl 液 ||AgNO3(0.01mol · L;1)|Ag (饱和 KNO3盐桥) 令 0.01mol · dm;3KCl 溶液中 Ag+的活度为 a（Ag+） ，则 ε = −RT nFlna(Ag:) 0.902 × 0.01 由于氯化银活度积 Ksp= a(Ag:) · a(Cl;) ,所以 lg Ksp= lg (0.902 × 0.01) + lg [(γ±c(Cl;)/cΘ] −εF 2.303RT = lg (0.902 × 0.01) + lg(0.901 × 0.01) −εF 2.303RT 纯水中，AgCl 的溶度积很小，活度积即溶度积，即 Ksp(AgCl) = [c(Cl;)/cΘ]2 因此 AgCl 在纯水中溶解度为√KspcΘ。

物理化学实验报告 电动势的测定及其应用 方方 生命科学学院 1000012106 2 / 5 仪器和药品 0.1 mol·L-1 ZnSO 4 ，0.01 mol·L-1 ZnSO 4 ，0.1 mol·L-1 CuSO 4 ， 0.01 mol·L-1 CuSO 4 0.01 mol·L-1 AgNO 3 ，0.1 mol·L-1 AgNO 3，0.01 mol·L-1 KCl UJ25 型直流电位差计、检流计、甘汞电极、Zn 电极、Cu 电极、Ag 电极、导线、饱和 KCl 盐桥、饱和 KNO3盐桥 实验步骤 1.对 UJ25 型直流电位差计进行预备热等操作 2.准备电极（半电池） （1）Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和) （饱和甘汞电极） （2）Zn|ZnSO4（0.1 mol·L-1） ；Zn|ZnSO 4（0.01 mol·L-1） （3）Cu|CuSO4（0.1 mol·L-1） ；Cu|CuSO 4（0.01 mol·L-1） （4）Ag|AgNO3(0.01 mol·L-1)与饱和 AgCl 液；Ag|AgNO 3(0.01 mol·L-1) 锌、铜电极金属都用细砂纸打磨至光亮，蒸馏水洗净。

锌电极先进行汞齐化以稀硫酸浸洗锌电极后，再将其浸入 Hg2（NO3）2溶液中，片刻后 取出，用滤纸擦亮其表面，然后用蒸馏水洗净汞齐化的目的是消除金属表面机械应力不同 的影响，使它获得重复性较好的电极势汞齐化时必须注意，汞蒸气有毒，用过的滤纸应放 到带水的盆里 铜电极以细砂纸擦亮，或以稀硫酸浸洗 银丝用浓氨水浸洗后，再用水洗净然后浸入稀硝酸中片刻，取出后用水洗净处理好的 两个银丝浸入同浓度 AgNO3溶液，测电池电动势，如果电池电动势不接近于 0（允许相差 1-2mV） ，则银丝必须重新处理 （4）左侧电极，Ag 与 KCl（0.01 mol·L-1） 、饱和 AgCl 液构成的半电池制备：将新制的Ag 丝插入半电池管，封好，吸入加有 1-2 滴 0.1 mol·L-1AgNO 3的 0.01 mol·L-1 KCl 溶液 3.分别测量以饱和 KCl 为盐桥，下列各组电池的电动势： （1）饱和甘汞电极|| ZnSO4（0.1 mol·L-1）|Zn （2）饱和甘汞电极|| ZnSO4（0.01 mol·L-1）|Zn （3）饱和甘汞电极|| Cu SO4（0.1 mol·L-1）|Cu （4）饱和甘汞电极|| Cu SO4（0.01 mol·L-1）|Cu （5）Zn|ZnSO4（0.1 mol·L-1）|| CnSO 4（0.1 mol·L-1）|Cu （6）Zn|ZnSO4（0.01 mol·L-1）|| CnSO 4（0.01 mol·L-1）|Cu 4.测定 Ag|KCl（0.01 mol·L-1）与饱和 AgCl 液||AgNO 3（0.01 mol·L-1）|Ag 电池的电动势。

数据记录及处理 1. 1. 数据记录数据记录 室温 26.2℃ 大气压 100.55 kPa 1.11.1 电极电动势的测定电极电动势的测定 物理化学实验报告 电动势的测定及其应用 方方 生命科学学院 1000012106 3 / 5 表 1 金属电极电动势测定 电池 电势差/V 1 2 3 平均值 饱和甘汞电极|| ZnSO4（0.1 mol·L-1）|Zn -1.05652 -1.05643 -1.05628 -1.05641 饱和甘汞电极|| ZnSO4（0.01 mol·L-1）|Zn -1.05412 -1.05380 -1.05359 -1.05384 饱和甘汞电极|| Cu SO4（0.1 mol·L-1）|Cu 0.05082 0.05085 0.05084 0.05084 饱和甘汞电极|| Cu SO4（0.01 mol·L-1）|Cu 0.03140 0.03152 0.03160 0.03151 Zn|ZnSO4（0.1 mol·dm-3）|| CuSO 4（0.1 mol·L-1）|Cu 1.10550 1.10550 1.10556 1.10552 Zn|ZnSO4（0.01 mol·dm-3）|| CuSO 4（0.01 mol·L-1）|Cu 1.08382 1.08390 1.08397 1.08390 1.21.2 溶度积的测定溶度积的测定 测定两银电极电势差为 0.00196V，使用 AgNO3溶液浓度 0.0100 mol·dm-3。

表 2 溶度积测定的数据 电池 电势差/V 1 2 3 平均值 Ag|KCl（0.01 mol·L-1）与饱和 AgCl 液 ||AgNO3（0.01 mol·L-1）|Ag 0.32713 0.32750 0.32784 0.32774 2. 2. 数据处理数据处理 2.12.1 饱和甘汞电极电势饱和甘汞电极电势 ε甘汞= ε甘汞Θ− 6.61 × 10—4(t − tΘ) − 1.75× 10—6(t − tΘ)2− 9.0 × 10—10(t − tΘ)3 = 0.2412 − 6.61× 10—4(t ℃− 25)− 1.75 × 10—6(t ℃− 25)2 − 9.0 × 10—10(t ℃− 25)3= 0.2412 − 6.61 × 10—4(23.0− 25.0)− 1.75 × 10—6(23.0 − 25.0)2− 9.0× 10—10(23.0 − 25.0)3= 0.2427V 2.2 2.2 锌、铜的锌、铜的标准电极标准电极势势 表3 n O4、C O4浓度-活度关系 c/ mol·L-1 0.1 0.01 ±( n O4) 0.150 0.387 ±(C O4) 0.16 0.40 计算金属电极的电极势、标准电极势，以第一组数据为例 ε n= + ε甘汞= −1.05641 +0.2427 = −0.8137V ε nΘ=ε n−RT nFln(γ±·c n2+) = −0.8137 −8.314 × (23.0 + 273.15) 2 × 96500 ln(0.150 × 0.1 ) = −0.7602V 物理化学实验报告 电动势的测定及其应用 方方 生命科学学院 1000012106 4 / 5 表4 锌、铜的标准电极势计算 电池 平均电势差E/V ε/ εΘ/V εΘ/ 饱和甘汞电极|| ZnSO4（0.1 mol·L-1）|Zn -1.05641 -0.8121 -0.7602 -0.7502 饱和甘汞电极|| ZnSO4（0.01 mol·L-1）|Zn -1.05384 -0.8111 -0.7403 饱和甘汞电极|| CuSO4（0.1 mol·L-1）|Cu 0.05084 0.2935 0.3440 0.3592 饱和甘汞电极|| Cu SO4（0.01 mol·L-1）|Cu 0.03151 0.2742 0.3747 2.32.3 CuCu- -ZnZn 电池电动势计算电池电动势计算 查文献，得知 ε n/ n2+ = −0.7618V， εCu/Cu2+ = 0.3419V。

根据电极势，计算 Cu-Zn 电池电动势，以第一个为例 Θ= εCu Cu2+− εnn2++RT nFlnγCu2+· cCu2+ γ n2+· c n2+ = 0.3419 + 0.7618 +8.314 × (23.0 + 273.15) 2 × 96500 ln0.16 × 0.1 0.150 × 0.1= 0.1045V 表 5 Cu-Zn 电池电动势计算 电池 平均电势差E/V 电势差计算值Θ/V 绝对误差/V 相对误差/％ Zn|ZnSO4（0.1 mol·L-1） || CuSO4（0.1 mol·L-1）|Cu 1.10552 1.1045 0.0010 0.09 Zn|ZnSO4（0.01 mol·dm-3） || CuSO4（0.01 mol·dm-3）|Cu 1.08390 1.1041 0.0202 1.86 2.5 AgCl2.5 AgCl 溶度积的计算溶度积的计算 ε = −RT nFlna(Ag:) 0.902 × 0.01 lg Ksp= lg (γAg+· cAg+) + lg (γCl−𝑐Cl−) −εF 2.303RT = lg(0.902 × 0.0100) + lg(0.901 × 0.0100) −0.32774 × 96500 2.303 × 8.314 × (23.0 + 273.15)= −9.668 Ksp(AgCl) = 10;0.9668= 1.0794 × 10;10 mol 。