電極電勢的測定

1、電極電勢的測定化學電源，是利用自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)中電子的定向移動，獲得電能的一種能源裝置，又稱為化學電池或電池。目前常用的電池如干電池、蓄電池、紐扣電池、鋰離子電池等都是利用化學能轉(zhuǎn)化成電能的電池裝置。這些電池廣泛的應(yīng)用于我們生活的各個角落，豐富了我們的生活。近些年還發(fā)展出了燃料電池，這種裝置理論上可以把化學能100%轉(zhuǎn)化成電能，在不久的將來是替代傳統(tǒng)熱能發(fā)電廠的理想裝置。一般電池的制造原理簡單，材料也易得，但制造工藝比較嚴格，對產(chǎn)品有多種技術(shù)參數(shù)要求。因多方面條件限制，在實驗室里往往組裝的是示意性的或簡易的電池。不管是什么樣的電池，只要是把化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，都是利用化學上的氧化還原

2、反應(yīng)產(chǎn)生的電能，都有正負兩個電極，而這兩個電極的電極電勢也必然不同，也就是兩極間具有電勢差。只要測得每個電極的電極電勢，就可以根據(jù)實際需要組合成符合需求的電池。同時如果測量出金屬電極的電極電勢，就可以判斷金屬得失電子的強弱，從而找到氧化還原反應(yīng)的定量規(guī)律。如何測定電極的電勢？電極電勢的絕對值，迄今仍無法測量。然而不管是為了組裝電池，還是比較氧化還原性的相對強弱，只需要用電極的相對電極電勢就夠了。因此，通常所說的某電極的“電極電勢”指得就是相對電極電勢。一、實驗?zāi)康?. 學習測定電極電勢的基本原理和方法。2. 了解溶液濃度、介質(zhì)的pH值對電極電勢的影響。3. 學習應(yīng)用PHS-3C型酸度計測定電極

3、電勢的方法。二、預(yù)習要點1.預(yù)習大學化學課本電化學基礎(chǔ)一章，了解電極電勢的意義和用途。2.預(yù)習電極電勢的影響因素及其是怎樣影響電極電勢的。3.預(yù)習大學化學課本中能斯特方程的內(nèi)容。三、實驗原理 1. 電極電勢的測定如果測定鋅電極的電極電勢，可將鋅電極與標準氫電極組成原電池。測出此原電池的電動勢E，即能算出鋅電極的電極電勢。但由于標準氫電極在實驗中操作不方便，故在本實驗中改用電勢較穩(wěn)定的甘汞電極代替標準氫電極（當KCl為飽和溶液，溫度為298.15K時，其電極電勢值為+0.2415V）。用待測的鋅電極與甘汞電極組成原電池，測出原電池的電動勢E，即能算出鋅電極的電極電勢（Zn2+/Zn）。E=+-（

4、甘汞電極）-（Zn2+/Zn）即（Zn2+/Zn）=（甘汞電極）- E=+0.2415V-E通過能斯特公式可求算出298.15K時鋅電極的電極電勢值（Zn2+/Zn）因此 2. 濃度對電極電勢的影響能斯特公式反映出濃度對電極電勢的影響，現(xiàn)以鋅電極和氯電極為例，298.15K時，他們的電極電勢及能斯特方程如下：Zn2+（aq）+2e-Zn(s) （Zn2+/Zn）=-0.76VCl2+2e-2Cl-(aq) （Cl2/ Cl-）=1.36V從能斯特方程可看出，當氧化態(tài)物質(zhì)如Zn2+、Cl2的濃度（氣體為分壓）降低時，該電極電勢也隨之降低。如果氧化態(tài)物質(zhì)形成了配位化合物或沉淀，使得氧化態(tài)物質(zhì)的濃度

5、大為降低，也可以導致電極電勢的下降。例如（Cu2+/ Cu）=0.337V，若加氨水則Cu2+變成Cu(NH3)42+,使Cu2+濃度大為降低，而導致電極電勢的下降（Cu(NH3)42+ / Cu）=0.05V。又如，298.15K時，I2(s) +2e-2I-(aq) （I2/ I-）=0.54VFe(CN)63- (aq) +e-Fe(CN)64- (aq) (Fe(CN)63- /Fe(CN)64-)=0.36V因為（Fe(CN)63- /Fe(CN)64-）（I2/I-）時，下述反應(yīng)就能夠順利的由左向右進行：2I-（aq）+2Fe(CN)63-（aq）+4Zn2+=I2（s）+2 Zn

6、2Fe(CN)6（s，白色）電極電勢除與濃度有關(guān)外，還與溫度有關(guān)。若溫度不是298.15K，可用能斯特方程進行計算。對于電極反應(yīng)a（氧化態(tài)物質(zhì)）+ne-=b（還原態(tài)物質(zhì)）四、儀器和試劑 1. 儀器PHS-3C型酸度計，甘汞電極，鋅電極（鋅棒1根），銅電極（銅棒1根），KCl鹽橋，燒杯（50mL3個），量筒（50mL，10mL各1個），試管（10mL10支），砂紙，滴管，導線，洗瓶，玻璃棒。 2. 試劑硫酸鋅ZnSO4溶液（0.100 molL-1），硫酸銅CuSO4溶液（0.100 molL-1），碘化鉀KI溶液（0.1molL-1），重鉻酸鉀K2Cr2O7溶液（0.1molL-1），碘酸鉀K

7、IO3溶液（0.1molL-1）,氨水NH3H2O（6.0 molL-1）,氯化鉀KCl溶液（飽和），四氯化碳，K3Fe(CN)6 （0.1molL-1）與 K4Fe(CN)6 （0.1molL-1）的混合溶液。五、實驗內(nèi)容 1. 電極電勢的測定 裝置取兩個干燥的50mL燒杯，分別加入約30mL0.100 molL-1 ZnSO4溶液和飽和KCl溶液，在盛有ZnSO4溶液的燒杯中，插入連有導線的鋅棒（鋅棒表面的氧化層要用砂紙擦干凈）；在盛有KCl溶液的燒杯中插入飽和甘汞電極，在兩個燒杯間加上鹽橋，便組成了原電池（圖14-1）。（-）Zn| ZnSO4（0.100 molL-1）|KCl（飽和溶

8、液）|Hg2Cl2|Hg|Pt（+） 測量步驟 電極連線：把甘汞電極（正極）上的導線接在酸度計的（+）級上，鋅電極（負極）上的導線接在酸度計的（-）級上。 接通電源：把電源開關(guān)撥向“開”，指示燈即亮，使儀器預(yù)熱10min。 把“pH-mV”選擇旋鈕撥到“mV”處。 測量：將電極浸入待測溶液中，即顯示出電動勢E讀書。 計算根據(jù)所測電動勢E，求出鋅在0.100 molL-1 ZnSO4溶液中的電極電勢(Zn2+/Zn)，再用能斯特方程計算出鋅電極的標準電極電勢（Zn2+/Zn）值。 2. 濃度對電極電勢的影響 銅-鋅原電池銅-鋅原電池（圖14-2）的組裝方法如上，電池符號為：（-）Zn| ZnSO

9、4（0.100 molL-1）| CuSO4（0.100 molL-1）| Cu（+）按照測定電池電動勢的方法測定此電池的電動勢（重換一只鹽橋），并計算出電極的電極電勢(Cu2+/Cu)和標準電極電勢（Cu2+/Cu）值。形成配離子對電極電勢的影響取出鹽橋和銅電極，然后在CuSO4溶液中緩緩滴加6.0 molL-1的氨水并不斷攪拌值生成的沉淀又重新溶解為止（即生成深藍色的Cu(NH3)42+配離子，此時溶液中Cu2+離子的濃度大大降低）。放入鹽橋和銅電極，測定此原電池電動勢，記下讀數(shù)。從實驗測定銅-鋅原電池的電動勢值的變化，可說明離子濃度的改變對電極電勢的影響。 生成沉淀對電極電勢的影響往事觀

10、眾加入5滴6.0 molL-1KI溶液，再加入5滴含有0.1molL-1K3Fe(CN)6與 0.1molL-1K4Fe(CN)6的混合液，混合均勻后，加入1mLCCl4充分震蕩，觀察CCl4層的現(xiàn)象。然后再加入5滴0.100 molL-1 SO4溶液，充分震蕩，觀察CCl4層的現(xiàn)象。試解釋這些現(xiàn)象。六、操作要點及注意事項1. 銅片和鋅片表面的氧化膜必須用砂紙打磨干凈并用蒸餾水清洗，以免影響電極電勢。2. 測量原電池的電勢差，要求電池為可逆電池，所以操作時，應(yīng)防止電路一直處于連接狀態(tài)，電路工作，原電池電勢差會有降低趨勢。3. 鹽橋不應(yīng)長期浸泡在電極液中，以免擴散造成鹽橋成分改變，影響后面的測定效果。4. 由于儀器構(gòu)造限制，在使用甘汞電極測量電勢差時，電路處于反接狀態(tài)，儀器讀數(shù)為負值，應(yīng)取其相反數(shù)。5. K4Fe(CN)6溶液有毒，使用時應(yīng)注意安全。七、思考題1.原電池的鹽橋有什么作用2.溶液