實(shí)驗(yàn)七十九原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn)七十九 原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)七十九 原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用,1、什么是原電池的電動(dòng)勢(shì)？ 2、能否用伏特計(jì)測(cè)定原電池的電動(dòng)勢(shì)？為什么？ 3、簡(jiǎn)述電位差計(jì)的工作原理，即對(duì)消法的測(cè)量原理。 4、什么是電極電勢(shì)？ 5、簡(jiǎn)述銅電極電勢(shì)測(cè)定的基本原理。 6、銅電極制備時(shí)為何要電鍍銅？ 7、鋅電極制備時(shí)為什么要使鋅汞齊化？ 8、電動(dòng)勢(shì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，原電池的電極接反會(huì)有什么結(jié)果？ 9、電動(dòng)勢(shì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，Ex、En、Ew中任一不通（斷路）會(huì)有什么結(jié)果？ 10、鹽橋的作用是什么？選擇鹽橋液應(yīng)注意什么問(wèn)題？ 11、制備電極時(shí)為什么電極的虹吸管內(nèi)（包括管口）不能有氣泡？ 12、如何判斷所測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)

2、為平衡電勢(shì) ,預(yù)習(xí)提問(wèn),1）掌握電位差計(jì)的測(cè)量原理和正確使用方法。 （2）學(xué)會(huì)一些電極的制備和處理方法。 （3）測(cè)定Cu-Zn電池的電動(dòng)勢(shì)和Cu、Zn電極的電極電勢(shì),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?計(jì)算,實(shí)驗(yàn)可測(cè)的值,在恒溫恒壓可逆條件下,二、實(shí)驗(yàn)原理,1、原電池電動(dòng)勢(shì)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系,電池電動(dòng)勢(shì)是通過(guò)原電池電流為零(電池反應(yīng)達(dá)平衡)時(shí)的電池電勢(shì)，用E表示，單位為伏特。由于電動(dòng)勢(shì)的存在，當(dāng)外接負(fù)載時(shí)，原電池就可對(duì)外輸出電功,2、原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定,電池與伏特計(jì)接通后有電流通過(guò)，在電池兩極上會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，使電極偏離平衡狀態(tài)。另外，電池本身有內(nèi)阻，伏特計(jì)所量得的僅是不可逆電池的端電壓。 因此電池電動(dòng)勢(shì)不能直接用

3、伏特計(jì)來(lái)測(cè)定。 利用電位差計(jì)可在電池?zé)o電流（或極小電流）通過(guò)時(shí)測(cè)得其兩極間的電勢(shì)差，即為該電池的平衡電動(dòng)勢(shì),能否用伏特計(jì)來(lái)測(cè)量E ,二、實(shí)驗(yàn)原理,電位差計(jì)是根據(jù)補(bǔ)償法(或稱對(duì)消法)測(cè)量原理設(shè)計(jì)的一種平衡式電壓測(cè)量?jī)x器。其工作原理是在待測(cè)電池上并聯(lián)一個(gè)大小相等，方向相反的外加電勢(shì)，這樣待測(cè)電池中就沒(méi)有電流通過(guò)，外加電勢(shì)差的大小就等于待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示,二、實(shí)驗(yàn)原理,Ew工作電源； En標(biāo)準(zhǔn)電池； EX待測(cè)電池； r 調(diào)節(jié)電阻； RX待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償電阻； Rn標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償電阻； K轉(zhuǎn)換電鍵； G檢流計(jì),1）校準(zhǔn)工作電流IW,二、實(shí)驗(yàn)原理,如圖所示，電位差計(jì)有工作、標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量三條

4、回路,開(kāi)關(guān)K打向1，預(yù)先調(diào)好標(biāo)準(zhǔn)回路中的標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn，調(diào)節(jié)工作回路的電阻r至檢流計(jì)無(wú)電流通過(guò)，工作電流IW就已被確定,2）測(cè)量未知電池電動(dòng)勢(shì)EW,二、實(shí)驗(yàn)原理,開(kāi)關(guān)K打向2，調(diào)節(jié)測(cè)量回路的電阻RX至檢流計(jì)無(wú)電流通過(guò)，此時(shí)I RX與被測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)對(duì)消,如圖所示，電位差計(jì)有工作、標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量三條回路,實(shí)驗(yàn)只能測(cè)得兩個(gè)電極構(gòu)成的電池的電動(dòng)勢(shì)E，而無(wú)法測(cè)得單個(gè)電極的電極電勢(shì)。 若選定一個(gè)電極作為標(biāo)準(zhǔn)，使其與任意其它電極組成電池，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)，就可得出各電極的相對(duì)電極電勢(shì),3、電極電勢(shì)的測(cè)定,二、實(shí)驗(yàn)原理,規(guī)定,1）標(biāo)準(zhǔn)氫電極,用鍍鉑黑的金屬鉑導(dǎo)電,陽(yáng)極，氧化（,陰極，還原（,電池凈反應(yīng),2）氫標(biāo)還原電極電

5、勢(shì),二、實(shí)驗(yàn)原理,以標(biāo)準(zhǔn)氫電極作陽(yáng)極即負(fù)極；而將待測(cè)電極作陰極即正極，組成原電池，然后用電位差計(jì)測(cè)量該電池的電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)數(shù)值和符號(hào)就是待測(cè)電極的氫標(biāo)還原電極電勢(shì)的數(shù)值和符號(hào),0.10.3337 1.00.2801 飽和0.2412,以氫電極為基準(zhǔn)電極測(cè)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，精確度很高。一般情況下可達(dá)110-6V。但氫電極的使用條件要求嚴(yán)格，且制備和純化比較復(fù)雜，所以在實(shí)際應(yīng)用中常采用有確定電極電勢(shì)的甘汞電極作二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電極,3）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電極甘汞電極,優(yōu)點(diǎn)：電極電勢(shì)穩(wěn)定，容易制備，使用方便。電極電勢(shì)穩(wěn)定，受干擾小。且飽和KCl溶液可以起到鹽橋的作用,4、原電池電動(dòng)勢(shì)的理論計(jì)算,二、實(shí)驗(yàn)原理,Zn|ZnSO4(

6、m1)|CuSO4(m2)| Cu,電池總反應(yīng)為： Zn + Cu2+(Cu2+) Zn2+(Zn2+) + Cu,1）儀器,2）試劑,SDC數(shù)字電位差計(jì) 1臺(tái) 飽和甘汞電極 1支 銀/氯化銀電極 1支 電極管 3支 銅電極 2支 鋅電極 1支 電極管 3個(gè) 電鍍裝置 1套 250 mL燒杯 1個(gè) 50mL小燒杯 4個(gè),0.1000molL-l硫酸鋅溶液 0.1000molL-l硫酸銅溶液 0.0100molL-l硫酸銅溶液 6 molL-l硫酸溶液 6 molL-l硝酸溶液 飽和硝酸亞汞溶液 鍍銅溶液 飽和氯化鉀溶液,三、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑,電鍍,表面氧化層 的去除,表面修飾,去油,機(jī)械打磨,酸

7、洗,銅電極 HNO3,鋅電極 H2SO4,汞齊化,電極的制備方法,銅電極,鋅電極,1、電極制備,四、實(shí)驗(yàn)步驟,電極制備注意事項(xiàng),控制原則： 鍍層呈粉紅色、有金屬光澤,5） 電鍍電流密度及時(shí)間的控制,4） 注意避免新鮮表面被空氣氧化,3） 各實(shí)驗(yàn)步驟間注意用自來(lái)水及去離子水清洗,2） 時(shí)間控制: 酸洗時(shí)間、汞齊化時(shí)間,1） 手指不要觸摸電極,將飽和KCl溶液注入50mL小燒杯中作為鹽橋，得 電池1： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu 電池2： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(飽和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l) 電池3：

8、 Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(飽和)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu 電池4： Cu | Cu 2+(0.0100molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu,2、電池組合,四、實(shí)驗(yàn)步驟,四、實(shí)驗(yàn)步驟,3、電動(dòng)勢(shì)測(cè)定,1）根據(jù)Nernst公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)溫度下電池1、2、3、4的電動(dòng)勢(shì)理論值。 2）正確接好測(cè)量電池1的線路。用SDC數(shù)字電位差計(jì)測(cè)量電池1的電動(dòng)勢(shì)。每隔2分鐘測(cè)一次，共測(cè)三次，偏差小于0.5mV，可認(rèn)為已達(dá)平衡，其平均值就為該電池的電動(dòng)勢(shì)。 3）同法，用SDC數(shù)字電位差計(jì)測(cè)量電池2、3、4的電動(dòng)勢(shì)，要測(cè)至平衡時(shí)為止。 4）測(cè)量完畢后，倒去小燒杯的

9、溶液，洗凈燒杯。飽和甘汞電極用去離子水淋洗后，浸入飽和氯化鉀溶液中保存,1）為使極化影響降到最小，測(cè)量前可初步估算被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)大小，以便在測(cè)量時(shí)能迅速找到平衡點(diǎn),2）測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)時(shí)，在對(duì)消點(diǎn)前，測(cè)量回路有電流通過(guò)，在測(cè)量過(guò)程中不能使測(cè)量回路一直連通，應(yīng)接通一下調(diào)一下，直至平衡,3）為判斷所測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)是否為平衡電勢(shì)，可在約15 min內(nèi)等間隔地測(cè)量78個(gè)數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平均值附近擺動(dòng)，偏差小于0.5 mV，則可認(rèn)為已達(dá)平衡，并取最后三個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為該電池的電動(dòng)勢(shì),五、注意事項(xiàng),4）鹽橋不能完全消除液接電勢(shì)，一般仍剩余12mV，所以測(cè)得結(jié)果只能準(zhǔn)至mV,五、注意事項(xiàng),5）電極管裝液

10、前，需要用少量的電解質(zhì)溶液淋洗，以確保濃度的準(zhǔn)確性，裝液后要檢查是否漏液和電路是否暢通，特別是電極的虹吸管內(nèi)不能有氣泡。 （6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將電極管內(nèi)溶液倒掉，以防止對(duì)電極腐蝕,7）使用飽和甘汞電極，要防止溶液倒流入甘汞電極中。甘汞電極和鹽橋中應(yīng)保留少量氯化鉀晶體，使溶液處于飽和狀態(tài)。 （8）標(biāo)準(zhǔn)電池在搬動(dòng)和使用時(shí)，不要使其傾斜和倒置，要放置平穩(wěn)。接線時(shí)正接正、負(fù)接負(fù)，兩極不允許短路,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,室溫:_氣壓：_ 數(shù)據(jù)記錄,1）根據(jù)飽和甘汞電極的電極電勢(shì)溫度校正公式，計(jì)算實(shí)驗(yàn)溫度下飽和甘汞電極的電極電勢(shì),2）根據(jù)測(cè)定的各電池的電動(dòng)勢(shì)，分別計(jì)算銅、鋅電極的 ，并與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較，求出相

11、對(duì)誤差,3）從附表中查出25銅電極和鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)、溫度系數(shù)及活度系數(shù)，由此計(jì)算室溫下銅、鋅的電極電勢(shì)，再計(jì)算各原電池的理論電動(dòng)勢(shì)E理，與實(shí)驗(yàn)值E實(shí)進(jìn)行比較，求出相對(duì)誤差,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,4）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果,附表,銅電極,鋅電極,電極電勢(shì)溫度校正公式,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,七、思考題,1）在用電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)過(guò)程中，如果測(cè)量過(guò)程中，檢零指示呈溢出符號(hào)，試從接線上分析可能是什么原因？ （2）用Zn(Hg)與Cu組成電池時(shí)，有人認(rèn)為鋅表面有汞，因而銅應(yīng)為負(fù)極，汞為正極。請(qǐng)分析此結(jié)論是否正確? （3）選擇“鹽橋”液應(yīng)注意什么問(wèn)題,電能化學(xué)

12、能,電解池,原電池,電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過(guò)程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué),原電池和電解池,八、補(bǔ)充知識(shí),正極電勢(shì)高的電極，電流從正極流向負(fù)極。 負(fù)極電勢(shì)低的電極，電子從負(fù)極流向正極,陽(yáng)極發(fā)生氧化作用的電極，陰（負(fù)）離子向陽(yáng)極遷移。 陰極發(fā)生還原作用的電極，陽(yáng)（正）離子向陰極遷移,在電解池中正極為 陽(yáng)極，負(fù)極為陰極； 在原電池中則相反,原電池和電解池統(tǒng)都包含有至少兩個(gè)電極和電解質(zhì)（水溶液、非水溶液、熔鹽或固體電解質(zhì),原電池,電解池,1、基本概念,2、原電池如何把化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電能,1）該化學(xué)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，或包含有氧化還原的過(guò)程,2）有適當(dāng)?shù)难b置，使化學(xué)反應(yīng)分別通過(guò)在電極上的

13、反應(yīng)來(lái)完成,3）有兩個(gè)電極和與電極建立電化學(xué)平衡的相應(yīng)電解質(zhì),4）有其他附屬設(shè)備，組成一個(gè)完整的電路,1）電化學(xué)反應(yīng)可逆，充（電解池）、放（原電池）電時(shí),電池(極)反應(yīng)必須正好相反。（物質(zhì)轉(zhuǎn)化可逆,2）能量可逆，工作時(shí)I0，電池(極)反應(yīng)處于電化學(xué)平衡。（能量轉(zhuǎn)化可逆,3）電池中無(wú)其它過(guò)程不可逆過(guò)程,組成可逆電池的必要條件,3、組成可逆電池的必要條件,可逆過(guò)程：體系經(jīng)過(guò)某一過(guò)程從狀態(tài)（1）變到狀態(tài)（2）之后，如果能使體系和環(huán)境都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)而未留下任何永久性的變化，則該過(guò)程稱為熱力學(xué)可逆過(guò)程。否則為不可逆過(guò)程,嚴(yán)格地說(shuō)，只有單液電池才可能成為可逆電池。凡是具有兩個(gè)不同電解質(zhì)溶液接界的電池都

14、是熱力學(xué)不可逆的，在兩電解質(zhì)溶液間插入鹽橋，則可近似地當(dāng)作可逆電池來(lái)處理,放電時(shí),Zn (陰) ： Zn2+ + 2e- Zn Cu (陽(yáng)) ： Cu Cu2+ + 2e- 電池反應(yīng)： Zn2+ + Cu Zn + Cu2,Zn (-)： Zn Zn2+ + 2e- Cu(+)： Cu2+ + 2e- Cu 電池反應(yīng)： Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu,充電時(shí),4、丹尼爾（Daniel）電池是否可逆,嚴(yán)格地說(shuō)，只有單液電池才可能成為可逆電池。凡是具有兩個(gè)不同電解質(zhì)溶液接界的電池都是熱力學(xué)不可逆的，在兩電解質(zhì)溶液間插入鹽橋，則可近似地當(dāng)作可逆電池來(lái)處理,電池反應(yīng)： (-) Cd(Hg)Cd2+Hg(l)+2e- (+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42,凈反應(yīng)： Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O CdSO48/3H2O(s)+Hg(l,5、標(biāo)準(zhǔn)電池,為什么在定溫度下，含Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.050.14之間，標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)有定值,從Hg-Cd相圖可知，在定溫下，鎘汞齊中鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.050.14之間時(shí)，系統(tǒng)處于熔化物和固溶體兩相平衡區(qū)，鎘汞齊活度有定值,而標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)只與鎘汞齊的活度有關(guān)，所以也有定值,5、標(biāo)準(zhǔn)電池,標(biāo)準(zhǔn)電池的溫度系數(shù)很小。通常要把標(biāo)準(zhǔn)電池恒溫、恒濕存放，