實(shí)驗(yàn)二原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)二原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及應(yīng)用第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)掌握對(duì)消法測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)的原理。(2)學(xué)習(xí)一些電極和鹽橋的制備和處理方法。(3)熟悉電位差計(jì)的使用方法。（4）通過原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定求算熱力學(xué)函數(shù)。第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日

原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，它是由兩個(gè)“半電池”組成。每一個(gè)半電池中有一個(gè)電極和相應(yīng)的電解質(zhì)溶液。電池在放電反應(yīng)過程中，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電池反應(yīng)是電池中兩個(gè)電極反應(yīng)的總和，其電動(dòng)勢(shì)為組成該電池的兩個(gè)電極的電極電勢(shì)的代數(shù)和.二、實(shí)驗(yàn)原理

第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日當(dāng)電極電勢(shì)均以還原電勢(shì)表示時(shí)，若正極的電極電勢(shì)為，負(fù)極的電極電勢(shì)為，則：

式中:E──電池的電動(dòng)勢(shì),單位為V。、──分別為正、負(fù)電極的電極電勢(shì)，單位V。

第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日測(cè)量原電池的電動(dòng)勢(shì)，要在接近熱力學(xué)可逆條件下進(jìn)行，即在無電流通過的情況下測(cè)量，不能直接用伏特計(jì)測(cè)量。因?yàn)橛梅赜?jì)測(cè)量時(shí)有電流通過電池內(nèi)部和伏特計(jì)，電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而使?jié)舛雀淖?，電極被極化，測(cè)量處于非平衡狀態(tài)。另外，電池本身存在內(nèi)電阻，所以伏特計(jì)測(cè)得的只是兩電極間的電勢(shì)差，而不是電池的電動(dòng)勢(shì)。只有在沒有電流通過、電池處在平衡狀態(tài)下，才能測(cè)量到電池的電動(dòng)勢(shì)。采用電位差計(jì)可以在無電流通過時(shí)，測(cè)得在平衡狀態(tài)下電池的電動(dòng)勢(shì)。第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日對(duì)消法測(cè)量原電池電動(dòng)勢(shì)的原理示意圖

第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日通過對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量可求算某些反應(yīng)的H，S，G等熱力學(xué)函數(shù)，電解質(zhì)的平均活度系數(shù)，難溶鹽的活度積和溶液的pH等物理化學(xué)參數(shù)。但用電動(dòng)勢(shì)的方法求如上數(shù)據(jù)時(shí)，必須是能夠設(shè)計(jì)成一個(gè)可逆電池，該電池所構(gòu)成的反應(yīng)應(yīng)該是所求的化學(xué)反應(yīng)。

第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)

正極：Ag++e-→Ag負(fù)極：2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e-電池電動(dòng)勢(shì)為

1.求銀電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日

2.用電動(dòng)勢(shì)法求AgCl的Ksp

Ag(s)|AgCl(s)KCl(m1)|AgNO3(m2)|Ag

(s)該電池的電極反應(yīng)為：負(fù)極反應(yīng)：Ag(s)＋Cl－(m1)AgCl(s)＋e-正極反應(yīng)：Ag＋(m2)＋e-Ag(s)電池總反應(yīng)：Ag＋(m2)＋Cl－(m1)AgCl(s)

第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日又因?yàn)镚Q=－nFEQ

=

(該反應(yīng)n=1)，EQ

=第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖飽和醌氫醌的未知pH溶液|Pt(s)

醌氫醌(Q·QH2)為醌(Q)和氫醌(QH2)等摩爾混合物，在水中溶解度很小。醌氫醌電極作為正極的電極反應(yīng)為：其電極電勢(shì)為:

3.測(cè)定溶液的pH值

第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日若用飽和甘汞電極作參比電極，當(dāng)溶液的pH<7.7時(shí)，醌氫醌為還原電極(正極)，則所組成的電池的電動(dòng)勢(shì)為：(當(dāng)溶液的pH>7．7時(shí)，醌氫醌電極為負(fù)極)

第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日式中醌氫醌電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，飽和甘汞電極的電勢(shì)的值均與溫度有關(guān)，它們與溫度的關(guān)系為：因此，若測(cè)定了電池的電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)便可求得溶液的pH值。

第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日三、儀器與試劑電動(dòng)勢(shì)測(cè)定儀1臺(tái)鉑電極1只銀電極1只銀氯化銀電極1只飽和甘汞電極1只鹽橋1只加熱套燒杯50ml6只250ml1只飽和氯化鉀溶液0.1000MAgNO3溶液飽和醌氫醌的未知pH溶液瓊脂飽和KNO3溶液第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)步驟鹽橋的制備

稱40gKNO3溶液100g蒸餾水中，攪拌溶解靜置，取上層飽和溶液。稱取3g瓊脂，浸泡1-2分鐘，再慢慢加熱至沸騰，待瓊脂全部溶解后，趁熱將其注入U(xiǎn)型管中，注入時(shí)不能有氣泡，擦干外壁，冷卻待用。注意：配一份溶液，裝6只U型管。第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日2.電極的準(zhǔn)備鉑電極先用丙酮浸泡1分鐘，再用蒸餾水淋洗，浸入蒸餾水。飽和甘汞電極和飽和氯化銀電極使用前用蒸餾水淋洗，浸入蒸餾水。銀電極用細(xì)砂紙輕輕打磨露出新鮮金屬光澤，蒸餾水洗凈，浸入蒸餾水。注意：進(jìn)入電解液前需擦干。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日SDC-Ⅲ型綜合數(shù)字電位差測(cè)試儀（操作面板）第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.數(shù)字式電位差計(jì)的校正與測(cè)定插上電源，打開儀器開關(guān)，穩(wěn)定10min.校正：打至標(biāo)定檔，將紅黑（正負(fù)）導(dǎo)線一端插入“標(biāo)定”接口，另一端連接內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電池，通過快速調(diào)節(jié)裝置上6個(gè)旋鈕，使電位為標(biāo)準(zhǔn)值。測(cè)量：將旋鈕打至”測(cè)定檔”位，將紅黑導(dǎo)線一端插入“測(cè)量”接口，一端連接組合電池的正負(fù)極，通過快速調(diào)節(jié)裝置上6個(gè)旋鈕，使右側(cè)減零窗口為0，記錄此時(shí)電位指示值即為該電池的電動(dòng)勢(shì)。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日

①Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)②Ag(s)+AgCl(s)∣KCl(飽和)‖

AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)③Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖飽和醌氫醌的未知pH溶液|Pt(s)4．測(cè)定下列各電池在室溫下的電動(dòng)勢(shì)

第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日(1)(2)(3)插入鹽橋銀|氯化銀電極插入裝有30mL飽和KCl溶液的50mL燒杯中銀電極插入裝有30mL

0.1mol·L-1AgNO3

溶液的50mL燒杯中鉑電極插入裝有30mL飽和有醌氫醌的未知pH溶液的50mL燒杯中插入鹽橋插入鹽橋飽和甘汞電極插入裝有30mL飽和KCl溶液的50mL燒杯中飽和甘汞電極插入裝有30mL飽和KCl溶液的50mL燒杯中銀電極插入裝有30mL

0.1mol·L-1AgNO3

溶液的50mL燒杯中0.1mol·L-1AgNO30.1mol·L-1AgNO3飽和有醌氫醌的未知pH溶液第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日5.實(shí)驗(yàn)整理實(shí)驗(yàn)完畢后，將鹽橋放在水中加熱溶解，洗凈。各電極洗凈擦干保存。將儀器電源關(guān)閉，并將各儀器復(fù)原，儀器擺放整齊。

第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日室溫：℃大氣壓：kPa被測(cè)電池

電池電動(dòng)勢(shì)∕V第一次第二次平均值①②③五、數(shù)據(jù)記錄與處理表1電池電動(dòng)勢(shì)測(cè)量數(shù)據(jù)第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日

①Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)

求銀電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

②Ag(s)+AgCl(s)∣KCl(飽和)‖

AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)求AgCl在室溫下的Ksp③Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖飽和醌氫醌的未知pH溶液|Pt(s)

求溶液的pH值。數(shù)據(jù)處理：第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日六、注意事項(xiàng)(1)連接儀器與待測(cè)電池時(shí)，正負(fù)極不要接反。(2)鹽橋的兩端應(yīng)標(biāo)好記號(hào)，讓標(biāo)負(fù)號(hào)的一端始終與含氯離子的溶液接觸。(3)測(cè)定時(shí)，先從最上端旋鈕開始調(diào)，快速找到平衡點(diǎn)，以防止電流通過時(shí)改變電極表面的平衡狀態(tài)。第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日七、問題討論

（1）為什么不能用伏特計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)?（2）鹽橋有什么作用？應(yīng)選擇什么樣的電解質(zhì)作鹽橋?第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

（1）為什么不能用伏特計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)?答：因?yàn)楫?dāng)把伏特計(jì)與電池接通后，由于電池放電，不斷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有電流流出，電池中溶液的濃度不斷改變，因而電動(dòng)勢(shì)也會(huì)有變化。另外，電池本身有內(nèi)電阻，所以用伏特計(jì)所測(cè)量出的只是兩電極間的電勢(shì)差，而不是電池的電動(dòng)勢(shì)。只有在沒有電流通過時(shí)，測(cè)量到的電勢(shì)差才是電池的電動(dòng)勢(shì)。參考答案第二十七頁，共二十八頁，2022