【清華】試驗(yàn)15電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)15電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)日期：2003年4月18日分0王懿（002102）同組實(shí)驗(yàn)者：李澤平、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握電位差計(jì)的測(cè)量原理和測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)的方法。.了解可逆電池、可逆電極、鹽橋等概念。.測(cè)定Ag/Ag+、Zn/Zn2+電極電勢(shì)和Ag濃差電池電動(dòng)勢(shì)。二、實(shí)驗(yàn)原理1.對(duì)消法測(cè)電動(dòng)勢(shì)的原理電池電動(dòng)勢(shì)不能直接用伏特計(jì)來測(cè)量，因?yàn)殡姵嘏c伏特計(jì)聯(lián)接后有電流通過，就會(huì)在電極上發(fā)生電極極化，結(jié)果使電極偏離平衡狀態(tài)。另外，電池本身有內(nèi)阻，所以伏特計(jì)所量得的僅是不可逆電池的端電壓。測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)只能在無(wú)電流通過電池的情況下進(jìn)行，因此需用對(duì)消法（又叫補(bǔ)償法）來測(cè)定電動(dòng)勢(shì)。對(duì)消毀的電動(dòng)勢(shì)原迪圖對(duì)消法的原理是在待測(cè)電池上并聯(lián)一個(gè)大小相等、方向相反的外加電勢(shì)差，這樣待測(cè)電池中沒有電流通過，外加電勢(shì)差的大小即等于待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。對(duì)消毀的電動(dòng)勢(shì)原迪圖對(duì)消法測(cè)電動(dòng)勢(shì)常用的儀器為電位差計(jì)，其簡(jiǎn)單原理如圖所示。電位差計(jì)由三個(gè)回路組成：工作電流回路、標(biāo)準(zhǔn)回路和測(cè)量回路。（1）工作電流回路在B為均勻滑線電阻，通過可變電阻R與工作電源E構(gòu)成回路。其作用是調(diào)節(jié)可變電阻R,使流過回路的電流為某一定值，這樣AB上有一定的電位降產(chǎn)生。工作電源E可用蓄電池或穩(wěn)壓電源，其輸出電壓必須大于待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。（2）標(biāo)準(zhǔn)回路S為電動(dòng)勢(shì)精確已知的標(biāo)準(zhǔn)電池，C是可在AB上移動(dòng)的接觸點(diǎn)，1（是雙向開關(guān)，KC間有一靈敏度很高的檢流計(jì)G。當(dāng)K扳向S一方時(shí)，AC1Gs回路的作用是校準(zhǔn)工作電流回路以標(biāo)定AB上的電位降。精品文檔（3）測(cè)量回路精品文檔當(dāng)雙向開關(guān)K換向X一方時(shí)，用ACGX回路根據(jù)校正好的AB上的電位降來測(cè)量未知電池的2電動(dòng)勢(shì)。在保持校準(zhǔn)后的工作電流不變（即固定R）的條件下，在AB上迅速移動(dòng)到C/點(diǎn)，使G中無(wú)電流通過，此時(shí)X的電動(dòng)勢(shì)與ACJ間的電位降等值反向而對(duì)消，于是4點(diǎn)所標(biāo)記的電位降數(shù)值X即為的電動(dòng)勢(shì)。由于使用過程中工作電池的電壓會(huì)有所變化，要求每次測(cè)量前均需重新校正標(biāo)準(zhǔn)回路的電路。2.電極電勢(shì)的測(cè)定原理電極是由兩個(gè)電極（半電極）組成的。電池電動(dòng)勢(shì)是兩電極電勢(shì)的代數(shù)和。當(dāng)電極電勢(shì)均以還原電勢(shì)表示時(shí)，E=中一中+以丹尼爾電池為例:ZnZn2+負(fù)極反應(yīng)ZnfZn2++2e-正極反應(yīng)2+RT、 1——ln 2Fa(Zn2+)Cu2++2e——fCu=^Q=^Q(Cu2+a(Cu2+)RT In2F電極反應(yīng)Cu2++ZnfCu+Zn2+半電池半電池E=E0-RT1a(Zn2+) In 2Fa(Cu2E=E0-式中^0^ZniZn2+)^0(Ju2+/CuU別為鋅電極和銅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。E0為溶液中鋅離子的活度a(Zn2+)和銅離子的活度a(Cu2+)均等于1時(shí)的電池電動(dòng)勢(shì)。在電化學(xué)中，電極電勢(shì)的絕對(duì)值至今還無(wú)法測(cè)定，而是以某一點(diǎn)電極的電極電勢(shì)作為零，然后將其它的電極與它組成電池，規(guī)定該電池的電動(dòng)勢(shì)為該被測(cè)電極的電極電勢(shì)。通常將標(biāo)準(zhǔn)氫電極(即氫氣為101325Pa下的理想氣體、溶液中a(H+)為1)的電極電勢(shì)規(guī)定為零。由于氫電極制備及使用不方便等缺點(diǎn)，一般常用另外一些制備工藝簡(jiǎn)單、易于復(fù)制、電勢(shì)穩(wěn)定的電極作為參比電極來代替氫電極。常用的有甘汞電極和氯化銀電極等，這些電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極比較而得到的電勢(shì)以精確測(cè)定。三、儀器與藥品精密電位差計(jì)(包括直流穩(wěn)壓電源、分流器、補(bǔ)償電位計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)電池、檢流計(jì)各1臺(tái))；半電池管3個(gè)；飽和甘汞電極1只、鋅電極1只；銀電極2只；15ml小燒杯5個(gè)。0.1000mol/KgZnSO4、0.1000mol/KgAgNO「0.1000mol/KgKCl、飽和KCl鹽橋、飽和KNO3鹽橋、飽和硝酸亞汞溶液。 3 3精品文檔精品文檔四、實(shí)驗(yàn)步驟.電極制備(1)鋅電極用拋光砂紙將鋅電極表面打磨光滑，然后用自來水沖洗，用濾紙擦干，再浸入飽和硝酸亞汞溶液中3-5秒，取出后用濾紙擦拭鋅電極，使鋅電極表面有一層均勻的汞齊，再用蒸餾水洗凈(注意：汞鹽有毒，用過的濾紙應(yīng)投入指定的容器中，容器中應(yīng)有水淹沒濾紙，切勿隨便亂丟)。(2)銀電極將兩根銀電極用拋光砂紙輕輕擦亮，再用蒸餾水洗凈擦干。把處理好的兩根Ag電極浸入AgNO3溶液中，測(cè)量其間的電動(dòng)勢(shì)值。兩根電極間的電位差小于0.005伏方可在濃差電池中使用，否則，需重新處理電極或重新挑選電極。.半電池的制作Zn/ZnSO4(0.1000mol/Kg)半電池的制作安裝半電池。用洗耳球從支管D處將(0.1000mol/Kg)ZnSO4溶液慢慢吸入半電池管少許，洗滌兩次后，吸入適量溶液，立即把D處夾緊。然后取出半電池，檢查管內(nèi)有無(wú)氣泡以及溶液是否從管內(nèi)流出。Ag/AgNO3(0.1000mol/Kg)半電池的制作制作方法同(1)。Ag/Ag+(b)KCl(0.1000mol/Kg)半電池的制作在一干凈的小燒杯中加入0.1000mol/KgKCl溶液，再加入一滴0.1000mol/KgAgNO3溶液，攪拌均勻，呈白色混沌溶液。將此溶液吸入插有銀電極的半電池管內(nèi)，將D處夾緊，檢查有無(wú)漏氣。3.電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定(1)弄懂電位差計(jì)的使用方法，并接好測(cè)量線路。(2)按室溫下的標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)值，對(duì)電位差計(jì)的工作電流進(jìn)行標(biāo)定。(3)選擇合適的鹽橋，然后分別測(cè)量下列各電池的電動(dòng)勢(shì)值：a.Zn|ZnSO4(0.1000mol/Kg)||飽和甘汞電極b.飽和甘汞電極||AgNO3(0.1000mol/Kg)|Agc.銀濃差電池電動(dòng)勢(shì)Ag|Ag+(b)KCl(0.1000mol/Kg)||AgNO3(0.1000mol/Kg)|Ag五、關(guān)鍵操作及注意事項(xiàng).半電池管和小燒杯必須清洗干凈，實(shí)驗(yàn)前先檢查半電池管是否漏氣。.制作半電池以及將半電池插入鹽橋時(shí)，注意不要進(jìn)入氣泡。.AgNO3廢液必須倒入回收瓶中。六、數(shù)據(jù)處理室溫：18.0℃濕度：37.5%大氣壓：101.42kPa直流穩(wěn)壓電源電壓：12VZnSO4活度系數(shù)：0.15 AgNO3活度系數(shù)：0.72KCl活度系數(shù)：0.769實(shí)驗(yàn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)電池溫度為21℃,取標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)E=1.01856V飽和甘汞電極的電極電勢(shì)：平二0.2412—6.61義10-4義(18.0—25)=0.24583精品文檔

電動(dòng)勢(shì)/V測(cè)量值1測(cè)量值2測(cè)量值3平均值鋅電池1.067571.067441.067461.06749銀電池0.470100.470000.470100.47007銀濃差電池0.536620.536670.536990.536761.鋅電極與飽和甘汞電極組成的電池(飽和氯化鉀鹽橋)：298K時(shí)①e(Zn2+/Zn)=-0.7628V,處=0.091x10-3V?K-1dT18.0℃下甲e(18.0)=-0.7628+0.091x10-3x(18.0-25)=-0.76344V鋅電極電極電勢(shì)的實(shí)驗(yàn)值、=0.24583-1.06749=-0.82166V鋅電極電極電勢(shì)的計(jì)算值A(chǔ)。八RT[ 1 8.314x291.15, 1①二中6\18.01- ln =-0.76344 ln =-0.81611V- 2Fa(Zn2+) 2x96500 0.1x0.15相對(duì)誤差”=x100%=0.680%-相對(duì)誤差”=x100%=0.680%-0.816112.銀電極與飽和甘汞電極組成的電池(飽和硝酸鉀鹽橋)：298K時(shí)①e(Ag+..Ag)=0.7991V,如=1.000x10-3V?K-1dT18.0℃下甲e(18.0)=0.7991+1.000x10-3x(18.0-25)=0.79210V銀電極電極電勢(shì)的實(shí)驗(yàn)值、=0.24583+0.47007=0.71590V銀電極電極電勢(shì)的計(jì)算值①二^e(18.0)-RTln-1—=0.79210-‘314x29」15ln——1——=0.72610V+ F a(Ag+) 96500 0.1x0.72相對(duì)誤差”=相對(duì)誤差”=0.72610-0.715900.72610x100%=1.405%3.銀濃差電池:由Nerst方程:RT1a(Ag+3.銀濃差電池:由Nerst方程:RT1a(Ag+,0.1000mol?Kg-1)E= ln 該濃度下銀離子的活度/Aaa(Ag+,0.1000mol-Kg-1)a(Ag+,b)二 EF0.720.53676x96500=3.666x10-10erte8.314x291.15精品文檔AgCl在18.0℃時(shí)的溶度積K=a(Ag+,b)y+b(Cl一)=3.666x10-10x0.769x0.1000=2.82x10-11溫度/℃4.79.72550K0.21X10-100.37X10-101.56X10-1013.2X10-10sp插值得18.0℃時(shí)AgCl溶度積的理論值K=0.7588X10-10sp相對(duì)誤差”=x100%=62.85%0.7588x10-10-0.2819x相對(duì)誤差”=x100%=62.85%0.7588x10-10七、實(shí)驗(yàn)小結(jié)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，鋅電極和銀電極電極電勢(shì)的測(cè)量值與理論值較接近，誤差較小。但銀濃差電池的測(cè)量中，溶度積與理論值相差較多。我分析可能是由于以下幾個(gè)因素的影響:.溶度積受溫度的影響非常大，而實(shí)驗(yàn)中溶液的溫度不可能保持恒定；.硝酸鉀鹽橋中可能混有雜質(zhì)離子，如氯離子等；.由于Ag+（b）KCl溶液中Ag+濃度非常小，所以其濃度略微的小變化，產(chǎn)生的變化率都會(huì)很大；.鹽橋并不能完全消除液接電勢(shì)，只是將其大大削弱，因而不能忽略其影響；.精密電位差計(jì)本身存在一定的誤差；.標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)存在一定的波動(dòng)；.活度系數(shù)取值并不是18.0℃下的實(shí)驗(yàn)值，也存在一定的偏差?？偟膩砜?，AgCl的溶度積測(cè)量達(dá)到了數(shù)量級(jí)的要求?；旧夏芊从矨gCl的溶解情況。根據(jù)鹽橋選擇的原則，本實(shí)驗(yàn)中鋅電極應(yīng)用氯化鉀鹽橋，銀電極和銀濃差電池應(yīng)用硝酸鉀鹽橋。通過這次實(shí)驗(yàn)，我掌握電位差計(jì)的測(cè)量原理和對(duì)消法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)的方法。了解了可逆電極、可逆電池和鹽橋等概念。八、思考與討論.對(duì)消法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)的原理是什么？答：對(duì)消法的原理實(shí)在待測(cè)電池并聯(lián)一個(gè)大小相等、方向相反的外加電動(dòng)差，這樣待測(cè)電池中沒有電流通過，外加電勢(shì)差的大小即等于待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。.鹽橋的選擇原則和作用是什么？答：選擇鹽橋的原則有三點(diǎn)：1）正負(fù)離子的遷移數(shù)大致相等；2）高濃度，一般用飽和溶液；3）作為鹽橋的物質(zhì)不應(yīng)與兩側(cè)溶液中的任何一方起化學(xué)反應(yīng)。鹽橋的作用：以兩個(gè)鹽橋與兩側(cè)溶液的界面代替了原來的一個(gè)界面，結(jié)果近似消除了除液接電勢(shì)，相當(dāng)于消除了液體接界。.在測(cè)量過程中，若檢流計(jì)光點(diǎn)總是往一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，可能是什么原因？答：檢流計(jì)光點(diǎn)總是往一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，可能有以下原因：1）線路故障，某一線路出現(xiàn)短路或