四川理工物化實(shí)驗(yàn)-電池電動(dòng)勢(shì)及溫度系數(shù)的測定

1、電池電動(dòng)勢(shì)及溫度系數(shù)的測定報(bào)告人： 同組人： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間2010年05月17日一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?  掌握可逆電池電動(dòng)勢(shì)的測量原理和電位差計(jì)的操作。2  通過原電池電動(dòng)勢(shì)的測定求算電池反應(yīng)的rGm、rSm、rHm等熱力學(xué)函數(shù)。3  熟悉原電池的圖式表示法和電極、電池反應(yīng)的書寫。二實(shí)驗(yàn)原理：1熱力學(xué)知識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱為原電池或電池?？赡骐姵氐碾妱?dòng)勢(shì)可看作正、負(fù)兩個(gè)電極的電勢(shì)之差。根據(jù)吉布斯函數(shù)的定義，在恒溫恒壓條件下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生可逆變化時(shí)，系統(tǒng)吉布斯函數(shù)變等于過程的可逆非體積功?？赡骐妱?dòng)勢(shì)為E的電池按指定電池反應(yīng)式，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度1mol時(shí)，反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變?yōu)椋海?

2、）式中E為可逆電池的電動(dòng)勢(shì)，單位為伏特（V）；F為法拉第常數(shù)，常取96500 C·mol-1，z為電極反應(yīng)式中電子的化學(xué)計(jì)量數(shù)，rGm的單位為J·mol-1。所以，在一定的溫度和壓力下，測出可逆電池的電動(dòng)勢(shì)，即可計(jì)算出電池反應(yīng)的摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)變r(jià)Gm。又根據(jù)熱力學(xué)基本方程，可以得到： (2) 式中稱為電池的溫度系數(shù)，表示電池電動(dòng)勢(shì)隨溫度的變化。在系列溫度下測得系列電動(dòng)勢(shì)值，作ET圖，從曲線斜率可求得電池的溫度系數(shù)。進(jìn)而算出rSm 。由吉布斯亥姆霍茲公式可計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焓，即： (3)2對(duì)消法測定電動(dòng)勢(shì)的原理根據(jù)可逆過程的定義，可逆電池應(yīng)滿足如下條件:(1)電池反

3、應(yīng)可逆，亦即電池電極反應(yīng)可逆。(2)電池中不允許存在任何不可逆的液體接界。(3)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)下進(jìn)行，亦即允許通過電池的電流為無限小。 因此在制備可逆電池、測定可逆電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)應(yīng)符合上述條件。在精確度不高的測量中，常用正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類構(gòu)成“鹽橋”來消除液接電勢(shì)。用電位差計(jì)測量電動(dòng)勢(shì)也可滿足通過電池電流為無限小的條件。測量可逆電池的電動(dòng)勢(shì)不能直接用伏特計(jì)來測量。因?yàn)殡姵嘏c伏特計(jì)相接后，整個(gè)線路便有電流通過，此時(shí)電池內(nèi)部由于存在內(nèi)電阻而產(chǎn)生某一電位降，并在電池兩極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶液濃度發(fā)生變化，電動(dòng)勢(shì)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。所以要準(zhǔn)確測定電池的電動(dòng)勢(shì)，只有在

4、電流無限小的情況下進(jìn)行，常用的對(duì)消法就是根據(jù)這個(gè)要求設(shè)計(jì)的。對(duì)消法是在待測電池上并聯(lián)一個(gè)大小相等、方向相反的外加電勢(shì)，這樣待測電池中就沒有電流通過，外加電勢(shì)差的大小就等于待測電池的電動(dòng)勢(shì)，如圖1所示。B為大容量的工作電池。AC為一均勻電阻，使回路中有合適的工作電流I，這樣在AC上就有一均勻的電勢(shì)降產(chǎn)生。 Es為標(biāo)準(zhǔn)電池。為了求得AD1線段的電勢(shì)差，在測量待測電池之前，先用標(biāo)準(zhǔn)電池Es來標(biāo)定。將選擇開關(guān)SW接 上，調(diào)節(jié)活動(dòng)觸點(diǎn)的位置至D1時(shí)檢流計(jì)G中沒有電流通過，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)正好與AD1線段所示的電勢(shì)差的數(shù)值相等而方向相反。即： (4)完成上述標(biāo)定后，將SW撥到待測電池Ex上，重新調(diào)節(jié)接

5、觸點(diǎn)，若調(diào)到D2位置時(shí)檢流計(jì)G中無電流通過，則AD2線段上的電勢(shì)降等于待測電池Ex的電動(dòng)勢(shì)，即： (5)由（4）式和（5）式，得： （6）由于電阻與電阻線長度l成正比，所以： （7）分別讀出Es和Ex接通時(shí)均勻電阻上的AD1、AD2長度，即可計(jì)算出Ex。實(shí)驗(yàn)室常用的電位差計(jì)就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)制造的。3本實(shí)驗(yàn)測定的電池本實(shí)驗(yàn)測定由AgCl Ag和Ag+/Ag電對(duì)組成的原電池的電動(dòng)勢(shì)，該電池可以用圖示式表示為：(-) Ag|AgCl(s), Cl - (0.1mol·L-1)| |Ag+ (0.1mol·L-1)|Ag (+)即AgCl/ Ag作為陽極（負(fù)極），浸入含Cl -

6、的溶液中，電極反應(yīng)為： （8）Ag+/Ag作為陰極（正極），浸入含Ag+的溶液中，電極反應(yīng)為： （9）總的電池反應(yīng)為： （10）電池中用到兩種不同的溶液，需通過鹽橋連接。電池電動(dòng)勢(shì)的Nernst方程式為： （11）三儀器和試劑：SDCII數(shù)字電位差綜合測試儀，恒溫水浴，原電池裝置，AgCl/ Ag電極，Ag電極，鹽橋。0.1mol·L-1 NaCl溶液，0.1mol·L-1 AgNO3溶液。 四實(shí)驗(yàn)步驟：1組裝電池將AgCl/ Ag電極（負(fù)極）插入原電池裝置的NaCl溶液中，Ag電極（正極）插入AgNO3溶液中，裝入鹽橋，將電池與電位差計(jì)相接，注意正負(fù)極要對(duì)應(yīng)。將電池放入到

7、恒溫水浴中。2電位差計(jì)采零將電位差計(jì)“測量選擇”鈕打到“內(nèi)標(biāo)”，調(diào)節(jié)各電位鈕，使電位指示為1V，然后按一下“采零”鈕，使“檢零指示”為“0”。電位差計(jì)的詳細(xì)操作見儀器說明。3原電池電動(dòng)勢(shì)的測量待電池中溶液的溫度穩(wěn)定后（約需1015分鐘），可以測量其電動(dòng)勢(shì)。將電位差計(jì)“測量選擇”鈕打到“測量”，調(diào)節(jié)各電位鈕，直到“檢零指示”為0，此時(shí)電位指示值就是該溫度下的電池電動(dòng)勢(shì)，每個(gè)溫度下讀三次，每次間隔12分鐘。在25下，待測電池的電動(dòng)勢(shì)約為0.45V，調(diào)節(jié)時(shí)可參考此值。第一次測量可以控制恒溫槽溫度比室溫高12，此后每次升溫35，共測56次。注意測量溫度不應(yīng)高于50。五數(shù)據(jù)處理：t/T/K電動(dòng)勢(shì)值E/V

8、電動(dòng)勢(shì)平均值/V/V·KrGm/KJ.mol-1rSm，/J.K-1.mol-1rHm，/KJ.mol-123.4296.550.447800.44753-0.001876-43.1866-181.034-96.87220.447500.4476028.6301.750.439800.43952-0.001460-42.4137-140.890-84.92730.439600.4391033.5306.650.436100.43590-0.001068-42.0643-103.062-73.66820.435700.4360038.7311.850.432900.43281-0.00

9、0652-41.7662-62.918-61.38720.432600.4330043.5316.650.431800.43173-0.000268-41.6619-25.862-49.85110.432200.43120七思考題：1對(duì)效法測定原電池電動(dòng)勢(shì)的原理是什么？電池電動(dòng)勢(shì)為什么不能用伏特計(jì)直接準(zhǔn)確測定？答：原理將電源的正極與待測電池正極,負(fù)極與負(fù)極相連,串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻和一個(gè)檢流計(jì).調(diào)可讀電源的輸出電壓至檢流計(jì)指針不在偏轉(zhuǎn)，此時(shí)待測電壓與可讀電壓的值相等。因?yàn)閷?duì)電的測定需靈敏度更高的電流表，如果用伏特計(jì)直接則不能準(zhǔn)確的測定因?yàn)樗撵`敏度不高。只能測定一般的電動(dòng)勢(shì)。2鹽橋的選擇原則和作用是什么？答：1.原則：在精確度不高的測量下，常用正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類（應(yīng)不與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)）構(gòu)成鹽橋。3可