電池電動勢的測定及其應(yīng)用實驗報告(共9頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電池電動勢的測定及其應(yīng)用一、實驗?zāi)康模?了解對消法測定電池電動勢的原理； 2掌握電動勢測定難溶物溶度積（）的方法；3掌握常用參比電極銀一氯化銀電極的制備方法。二、實驗原理：電池由兩個半電池組成（半電池包括一個電極和相應(yīng)的電解質(zhì)溶液），當(dāng)電池放電時，進行氧化反應(yīng)的是負(fù)極，進行還原反應(yīng)的是正極。電池的電動勢就是通過電池的電流趨近于零時兩極之間的電位差。它可表示成：式中、分別表示正、負(fù)電極的電位。當(dāng)溫度、壓力恒定時，電池的電動勢E（或電極電位、）的大小取決于電極的性質(zhì)和溶液中有關(guān)離子的活度。電極電位與有關(guān)離子活度之間的關(guān)系可以由Nernst方程表示： （16-1）式中：z為

2、電池反應(yīng)的轉(zhuǎn)移電子數(shù)，為參加電極反應(yīng)的物質(zhì)B的化學(xué)計量數(shù)，產(chǎn)物為正，反應(yīng)物為負(fù)。本實驗涉及的兩個電池為：（1）（一）Ag（s），AgCl（s）KCl（0.0200 mol·L-1）AgNO3（0.0100 mol·L-1）Ag（s）（+）（2）（一）Hg（l），Hg2Cl2（s）KCl（飽和）AgNO3（0.0100 mol·L-1）Ag（s）（+）在上述電池中用到的三個電極是：（1） 銀電極：電極反應(yīng)： （16-2） 其中： V式中：t為攝氏溫度（下同），（2） 甘汞電極：電極反應(yīng)： （16-3） 對于飽和甘汞電極，溫度一定時， 為定值，因此飽和甘汞電極電位與溫

3、度有關(guān)，其關(guān)系式為： V（3） 銀氯化銀電極電極反應(yīng) （16-4）根據(jù)溶度積關(guān)系式得 (16-5)式中： V 由上式可見，利用Nernst關(guān)系式可求得難溶鹽的溶度積常數(shù)，為此我們將（16-2）、（16-4）兩個電極連同鹽橋組成電池（），其電動勢可表示為：=整理得： (16-6)因此，給定電池(I)中左右半電池活度和，若測得電池（I）的電動勢，依上式即可求出的溶度積常數(shù)。電池電動勢一般采用Poggendorff對消法測定。根據(jù)歐姆定律，電池電動勢，r為電池內(nèi)阻。當(dāng)回路中電流時，此時E=V，這就是對消法的基本原理，其測量方法如圖1所示。當(dāng)K與EN連接時，移動接觸點C，使G中無電流通過，此時AC上的

4、電位降等于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢，又因AB是均勻電阻，故有而當(dāng)K與待測電池EX連接時，移動觸點，使回路中G上電流為零，則： 圖1 對消法原理示意圖 在溫度一定時，標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢EN是定值，只要測量AC和，就可求得待測電池的電動勢EX。三、儀器和藥品：儀器和材料：UJ25型直流電位差計(或數(shù)字式電位差綜合測試儀)；直流復(fù)射式檢流計（10-9A/mm）；毫安表；標(biāo)準(zhǔn)電池；甲級干電池（甲電池）；飽和甘汞電極；銀電極；銀絲（純度99.5%）；KNO3鹽橋；10mL小燒杯；電阻箱。藥品：飽和KCl溶液； 0.0200 mol·L-1KCl溶液；0.1 mol·L-1HCl溶液；稀氨水。四、

5、實驗步驟：1Ag/AgCl電極制備取經(jīng)退火處理過、直徑約為0.5mm的銀絲3根，用金相砂紙擦至發(fā)亮以除去銀絲表面的氧化物，然后在稀氨水中浸泡數(shù)分鐘。取出用高純度水洗凈，再用濾紙吸干備用。將其中二根銀絲作陽極，另一根作陰極，分別插入0.1M的HCl溶液中，按圖2所示的線路接通電路，調(diào)節(jié)電阻使陰極電流密度大約為5mA/cm2，電解20分鐘，使銀絲表面覆蓋一層棕黑色的AgCl鍍層。鍍層以均勻、致密為好。電解完畢取出制好的電極，用純水洗凈，再用濾紙吸干（但不可用濾紙摩擦，以防鍍層剝落）。由于拉絲時引入雜質(zhì)，電極電位偏 圖2 電極制備裝置示意圖差最大可達±5mV，但該電極穩(wěn)定性尚好，可用作參比

6、電極。 1，2-銀電極；3-電阻箱；4-電源電極制備：電流值的選?。ò措娏髅芏?mA/cm2,浸入0.1MHCl中，長度為2cm(2根)，銀絲直徑為0.5mm計算）銀絲表面積2R*h=D*hI=PI*S=5mA/cm2*0.5*101*2cm/根*2根=3.14mA， 取3mA若銀絲長度為3cm,則I=PI*S=5mA/cm2*3.14*0.5*10-1*3cm/根*2根=4.2mA約4.5mA在HDY-1恒電流儀上，若量程為10mA，電流量為-0.3mA, 電壓為+-0.45mA*(10mA)=4.5mA此時，紅色夾子為“+”極，通過的電流密度為5mA/cm22. 鹽橋的制備所謂“鹽橋”，是

7、指正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類溶液（如KCl、KNO3和NH4NO3等水溶液）所構(gòu)成的橋，用來連接兩個半電池中的兩個溶液，使其不直接接界，以消除或減小液體接界電勢。以KNO3鹽橋為例，其制備方法是以瓊膠 ：KNO3 ：H2O=1.5：20：50的比例加入到燒杯中，加熱溶解，用滴管將其灌入干凈的U形管中，U形管中及管端不能留有氣泡，冷卻后待用。3組建電池（）用1支Ag/AgCl電極、一個KNO3鹽橋和一支Ag/Ag+電極組成電池（），并依照電位差計使用說明，接好電動勢測量線路。注意：標(biāo)準(zhǔn)電池、工作電池的正、負(fù)極不能接錯。鹽橋在插入之前要用蒸餾水淋洗（切勿用自來水！），并用濾紙輕輕擦干，插入時注意

8、在U形管口不要留有氣泡。兩燒杯的液面基本平齊。為了節(jié)省溶液，液面在燒杯1/31/2處即可。4校正工作電流先讀取環(huán)境溫度，校正標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢，調(diào)節(jié)直流電位差計面板右上方標(biāo)準(zhǔn)電池溫度補償旋鈕至計算值。將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至“N”處，轉(zhuǎn)動電位差計面板右方的工作電流調(diào)節(jié)旋鈕“粗”“中”“細”“微”，使工作電流符合標(biāo)準(zhǔn)，校正完畢后，右方的工作電流調(diào)節(jié)旋鈕在測定過程中不要再動。5. 測電池（）電池電動勢將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至未知“X1”或“X2”處，將一支Ag/AgCl電極浸在0.0200 mol·L-1KCl溶液中，測量此電池的電位，直至電位值在23分鐘內(nèi)基本不變（變化<0.1mV）為止。Ag/AgC

9、l電極在安裝時應(yīng)注意，勿將露出的銀與溶液接觸。重復(fù)測定步驟，再測另一支Ag/AgCl電極的電位。6組建電池（）用飽和甘汞電極、KNO3鹽橋和銀電極組成電池（）。安裝甘汞電極時應(yīng)注意撥去橡皮套和橡皮塞，并使甘汞電極內(nèi)的液面高出燒杯中的液面。7. 測電池（）電池電動勢按步驟5測定。五、數(shù)據(jù)處理：A理論值計算（實驗溫度T=14）：(1) E甘汞電極= 0.2415-0.00065（14-25）=0.2487 (V)EAg/Ag+= 0.7991-0.00097（14-25）=0.8098 (V)EAg/AgCl= 0.2224-0.（14-25）= 0.2295 (V)(2) 電池I：E= E +

10、- E - = EAg/Ag+ + RT/F lnaAg+ EAg/Agcl + RT/F lnaCl-= 0.8098- 0.2295+ (8.314*287.15/96485)* ln(0.01*0.9*0.02*0.8)= 0.3614 (V)電池：E= E + - E - = EAg/Ag+ + RT/F lnaAg+ - E甘汞電極- RT/F lnaCl-=0.8098-0.2487+ RT/F lnaAg+/ acl-=0.4474 (V)(3) E = EAg/Agcl - EAg/Ag+ - RT/F ln(1/Ksp)=0(平衡)ln Ksp = EF/RT= -(0.58

11、03*96485)/ (8.324*287.15) = -23.Ksp=3.95585*1011B實驗值：實驗溫度：_14_大氣壓：_102.10kPa_實驗溫度下的標(biāo)準(zhǔn)電動勢_1.01884V_1. 電池（1）：（一）Ag(s),AgCl(s)|KCl(0.0200 mol·L-1)|AgNO3(0.0100 mol·L-1)| Ag(s)(+)電池反應(yīng)：Ag/AgCl電極編 號電 動 勢 （V）理 論 計 算 值測 量 值10.36141_0._2_0._平均0. 20.36141_0._2_0._平均0. 總平均0.2. 電池（）：（一） Hg(1),Hg2Cl2(s

12、)|KCl(飽和)|AgNO3(0.0100 mol·L-1)|Ag(s)(+)電池反應(yīng)：電 動 勢 （V）理 論 計 算 值測 量 值0.4474120. 0.平均0. 六、討論注意的問題：1.測定線路接入時，標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)最后接入。2.測定時，按鈕不能長時間按下。3.電極制備時，AgCl鍍層應(yīng)盡量卡些（浸入HCl液中的銀絲應(yīng)盡量長些）以免測定時未鍍AgCl的銀絲浸入溶液。4.測量時小燒杯內(nèi)溶液盡量等高。5.甘汞電極使用時應(yīng)拔去橡皮塞和橡皮套，電極內(nèi)應(yīng)有KCl晶體，電極內(nèi)應(yīng)有KCl晶體，電極內(nèi)液面應(yīng)高于小燒杯內(nèi)液面。6.電極制備時，電流大小的制備I=J*A測。七、思考題：1、實驗前為什

13、么要讀取室溫？答案：為了求出室溫下標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢值，用于標(biāo)準(zhǔn)電池的校正。2、如何測定未知電池的電動勢（操作） 答案：1）拔出“外標(biāo)插孔”的測試線，再用測試線將被測電池按正、負(fù)極對應(yīng)插入“測量插孔”。2）將“測量選擇”旋鈕置于“測量”，將“補償”旋鈕逆時針旋到底。3）由大到小依次調(diào)節(jié)面板上“100-10-4”五個旋鈕，使“電位指示”顯示的數(shù)值為負(fù)且絕對值最小。4）調(diào)節(jié)“補償旋鈕”，使“檢零指示”顯示為“0000”，此時“電位指示” 數(shù)值即為被測電池電動勢的值。5）重復(fù)上述各步，每隔2min測量一次，每個溫度測三次，同時記錄實驗的準(zhǔn)確溫度即恒溫槽中溫度計的溫度。 6）然后調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度分別為其

14、余4個溫度，重復(fù)上述操作，測上述溫度下電池的電動勢E。3、測定時為什么絕對不可將標(biāo)準(zhǔn)電池及原電池?fù)u動、傾斜、躺倒和倒置？ 答案：標(biāo)準(zhǔn)電池及原電池?fù)u動、傾斜、躺倒和倒置會破壞電池中電極間的界面，使電池?zé)o非正常工作。4、鹽橋有什么作用？ 答案：鹽橋可降低液體接界電勢。5、可逆電池應(yīng)滿足什么條件？應(yīng)如何操作才能做到？答案：可逆電池應(yīng)滿足如下的條件：電池反應(yīng)可逆，亦電極電池反應(yīng)均可逆。電池中不允許存在任何不可逆的液接界。電池必須在可逆的情況下工作，即充放電過程必須在平衡態(tài)進行，亦即要求通過電池的電流應(yīng)為無限小。操作中（1）由電池本性決定；（2）加鹽橋降低；（3）用對消法測量。6、在測量電池電動勢時，盡

15、管我們采用的是對消法，但在對消點前，測量回路將有電流通過，這時測得的是不是可逆電池電動勢？為什么？答案：因為有電流通過，不能滿足可逆電池第三點，所不是可逆電池電動勢。7、為什么用伏特表不能準(zhǔn)確測定電池電動勢?答案：不能用伏特計測量電池電動勢，就是因為使用伏特計時，必須使回路中有電流通過才能驅(qū)動指針旋轉(zhuǎn)，所測結(jié)果為不可逆電池兩極間電勢差，不是可逆電池電動勢。8、參比電極有什么作用?答案：參比電極 (二級標(biāo)準(zhǔn)電極)作用是代替標(biāo)準(zhǔn)氫電極測定電池電動勢。9、醌氫醌(Q·QH2)電極有什么用途？答案：可做為參比電極測溶液瓣P(guān)H值或氫離子濃度。10、電池在恒溫時（沒測量時）為什么要將電鉗松開？答

16、案：防止電極極化11、利用參比電極可測電池電動勢，此時參比電極應(yīng)具備什么條件?答案：參比電極應(yīng)具備條件是：容易制備，電極電勢有一定值而且穩(wěn)定。12、如何制備醌氫醌(Q·QH2)電極？答案：在待測液中放入一定量的(Q·QH2)，攪拌使這溶解，然后將一根鉑電極放入待測液中。13、為何測電池電動勢要用對消法？對消法的原理是什么？答案：可逆電池要求電路中無電流通過，用對消法可滿足這個條件。用一個方向相反，數(shù)值相等的外電勢來抵消原電池的電動勢，使連接兩電極的導(dǎo)線上I®0，這時所測出的E就等于被測電池的電動勢E。14、 如何由實驗求電池的溫度系數(shù)，答案：通過測定恒壓下電池在不

17、同溫度下的電動勢E，由E-T數(shù)據(jù)作E-T關(guān)系圖。從曲線的斜率可求任意溫度下的溫度系數(shù)，15、選用作鹽橋的物質(zhì)應(yīng)有什么原則？答案：選用作鹽橋的物質(zhì)應(yīng)有什么原則：鹽橋中離子的r+r-， t+t-，使Ej0。鹽橋中鹽的濃度要很高，常用飽和溶液。常用飽和KCl鹽橋，因為K+與Cl-的遷移數(shù)相近。作為鹽橋的溶液不能與原溶液發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)有Ag+時用KNO3或NH4NO3。16、在測量電動勢之前如何進行校準(zhǔn)化操作？ （操作題）答案：0）根據(jù)室溫按公式ES=1.0183-4.06×10-5(t-20),計算標(biāo)準(zhǔn)電池在該室溫下的ES。 1）、將“測量選擇”旋鈕置于“外標(biāo)”。2）、將已知電動勢的標(biāo)準(zhǔn)電池

18、按“+”“”極性與“外標(biāo)插孔”連接。3）、調(diào)節(jié)“100-10-4”五個旋鈕和“補償”旋鈕，使“電位指示”顯示的數(shù)值與外標(biāo)電池數(shù)值相同。4）、待“檢零指示”數(shù)值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使“檢零指示”顯示為“0000”。17、如何調(diào)節(jié)恒溫槽溫度？ 答案：例45.8±0.1。按下“恒溫控制器”的電源開關(guān)，左下角的紅色按鈕左側(cè)窗口顯示的是當(dāng)前恒溫槽中的水溫按“控制器”上的“箭頭”按鈕進行調(diào)溫至右側(cè)窗口設(shè)置實驗溫度區(qū)，十位數(shù)閃爍，通過按“”“”按鈕使十位數(shù)為“4”再按“箭頭 ”按鈕，至個位數(shù)閃爍，數(shù)字為“5”繼續(xù)按“箭頭”按鈕，至小數(shù)點后第一位數(shù)閃爍，數(shù)字為“8”繼續(xù)按“箭頭”按鈕，至左側(cè)窗口的

19、“工作”燈亮，表示恒溫槽開始工作按“控制器”上的“回差”按鈕，至0.1將“玻璃恒溫水浴”上的“加熱器”上的 “開，關(guān)”按鈕至“開”檔 “強，弱”按鈕至“強”檔將“玻璃恒溫水浴”上的“水?dāng)嚢琛鄙系?“開，關(guān)”按鈕至“開”檔 “快，慢”按鈕至“慢”檔設(shè)置完畢，設(shè)置的溫度為45.8±0.1。18、SDC-A型電位差計測定電動勢過程中如何修正？答案：0）根據(jù)室溫按公式ES=1.0183-4.06×10-5(t-20),計算標(biāo)準(zhǔn)電池在該室溫下的ES。 1）、將“測量選擇”旋鈕置于“外標(biāo)”。2）、將已知電動勢的標(biāo)準(zhǔn)電池按“+”“”極性與“外標(biāo)插孔”連接。3）、調(diào)節(jié)“100-10-4”五個旋鈕和“補償”旋鈕，使“電位指示”顯示的數(shù)值與外標(biāo)電池數(shù)值相同。4）、待“檢零指示”數(shù)值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使“檢零指示”顯示為“0000”。19、如何使用甘汞電極，使用時要注意什么問題？答案：1）、使用時要把電極下面的塞取下。 2）、使用時要用蒸餾水沖洗電極下方，用濾紙擦干。