物理化學實驗原電池電動勢及溶液pH值的測定

1、原電池電動勢及溶液pH值的測定一、目的要求：1、測定銅鋅原電池的電動勢。2、用電動勢法測定溶液的pH值。3、掌握電位差計測量電池電動勢的原理及使用 方法。 電池由兩個電極組成。在電池反應中，進行氧化反應的是負極，進 行還原反應的是正極,以銅-鋅電池為例，它可以表示為： Zn IZnSO4(a1)lI CuSO4(a2)lCu 負極反應為：ZnZn2+2e 正極反應為：Cn2+2e Cu 總電池反應：Zn+Cu2+ Cu+Zn2+ 其電動勢的大小與電極性質及溶液中相關離子的活度的關系可由能 斯特公式求得：22ln20CuZnaaFRTEE 原電池的電動勢是在原電池的各相間沒有帶電 粒子的轉移時各

2、相間電勢差的總和， 也就是原 電池的開路電壓。所謂“開路”，實際上就是在測 定時沒有電流通過原電池。作為一種近似處理, 完全消除了液接的電池可以按可逆電池對待。 可使用電位差計測量原電池的電動勢，電位差計的原理為對消法。電路基本原理圖見圖III-6-1（物理化學實驗（第三版），高等教育出版社（2006）。注意：進實驗室前必須預習該實驗教材P1 9 6200頁。不能用伏特計直接不能用伏特計直接測定測定, ,因為電池與因為電池與伏特計相接后伏特計相接后, ,便構成了回路便構成了回路, ,有電有電流通過流通過, ,發(fā)生化學變化、電極被極化、發(fā)生化學變化、電極被極化、溶液濃度改變、電池電勢不能保持溶液

3、濃度改變、電池電勢不能保持穩(wěn)定。且電池本身有內阻，伏特計穩(wěn)定。且電池本身有內阻，伏特計所量得的電勢降不等于電池的電動所量得的電勢降不等于電池的電動勢。勢。 對消法可在電池無電流通過時測得其兩極間的電勢差，即為該電池的電動勢。ncnxcxnnnnRREEIREREIIRE/ 電動勢法可以用來測定溶液的pH值，其原理是將一個與氫離子活度有關的指示電極與另一參比電極放在被測溶液中構成電池，然后測定該電池的電動勢E。由于參比電極電勢恒定，該電池的電動勢的數(shù)值就只與被測溶液中的氫離子活度aH+有關，于是可根據(jù)E的數(shù)值求算出溶液pH值，常用的氫離子指示電極有：玻璃電極，氫電極及醌氫醌電極，本實驗用醌氫醌電

4、極為指示電極。甘汞電極為參比電極。醌氫醌電極的電極反應為：其電極電勢為:2246246)(22OHHCeHOHC20/22/2ln2HQQHQHQaaaFRTQHQpHFRTaFRTaFRTaaQHQQHQQHQQHQHQHQHQHQQQH303.2ln1ln20/0/20/2/22/22/22若用飽和甘汞電極作參比電極，當溶液的pH77時，醌氫醌電極為氧化電極(負極)，此時，溶液pH的公式請讀者自行推導)。 FRTEpHpHFRTEQHQQHQQHQ/303.2)303.2)(0/)(0/222飽和甘汞飽和甘汞甘汞（飽和）（式中醌氫醌電極的標準電極電勢 ，飽和甘汞電極的電勢 的值均與溫度有關

5、，它們與溫度的關系為：因此，若測定了電池的電動勢，根據(jù)便可求得溶液的pH值。 02/QHQ甘汞（飽和）實驗溫度甘汞（飽和）tttQHQ)25(106 . 72438. 0)25(104 . 76994. 0440/2FRTEpHQHQ/303.2)(0/2飽和甘汞三、儀器、藥品： SDC-IIB數(shù)字電位差綜合測試儀1臺，鋅電極1支，銅電極1支；鉑電極1支；飽和甘汞電極1只；半電池2個；小燒杯8個，吸球1個，pH計（PB-10）1 臺，復合電極1支， 飽和KCl溶液， 0.10MZnSO4溶液， 0.10 MCuS04溶液，1 MHAC溶液；1 MNaAC溶 液。 甲液(每升溶液含11.376N

6、a2HP0412H20) 乙液(每升溶液含9.078克KH2P04), 醌氫醌晶體四、實驗步驟：1、電極制備及電池組合 (1)鋅電極及鋅半電池。用細砂紙打磨，用蒸餾水淋洗，用濾紙擦干，再將處理好的鋅電極，插入清潔的半電池管內并塞緊，將虹吸管管口浸入有 0.10M ZnSO4溶液的燒杯內，用吸球自支管吸入ZnSO4，夾上螺旋夾，注意虹吸管內不能有氣泡，也不能有漏液現(xiàn)象。 (2)銅電極及銅半電池；同法制備。四、實驗步驟： (3)電池組合：將飽和電池組合：將飽和KCI溶液注入溶液注入50ml小燒杯中，制成鹽橋，將上述的鋅小燒杯中，制成鹽橋，將上述的鋅半電池的虹吸管和銅半電池虹吸管插入燒杯中，所組成的

7、電池為：半電池的虹吸管和銅半電池虹吸管插入燒杯中，所組成的電池為：電池電池1： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu分別與甘汞電極組成的電池為：分別與甘汞電極組成的電池為：電池電池2： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(飽和飽和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)電池電池3： Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(飽和飽和)|Cu2+(0.10molL-1)|Cu 四、實驗步驟：2、電動勢的測定： (1) 分別估算待測電池的電動勢。 (2)仔細閱讀綜合測試儀使用說明書的有關部分。 (3)分別測定各待測電池的電動勢，重復三次，取

8、平均值。四、實驗步驟：測定電動勢一般應注意： (1)當工作電池剛接入電路時，電動勢稍有下降。因此在電池接入電路后，應稍等幾分鐘再操作。 (2)在整個測量過程中，因工作回路有電流通過，故工作電池的電動勢會略有改變，因此，每測定一次就要校正一次。 (3)避免在尋找平衡點的過程中，原電池發(fā)生極化現(xiàn)象。(4)剛組成的電池電動勢不穩(wěn)定，應待35分鐘后再測定。 四、實驗步驟：3、電動勢法測溶液的pH值。 (1)配制下列溶液 取1.0moldm-3HAC及1.0moldm-3 NaAC溶液各5ml混合后蒸餾水稀釋到20ml作待測液1。 取甲液1.0ml，乙液19.0ml混合，作待測液2。 取甲液14.0ml

9、，乙液6.0ml混合，作待測液3。 將適量(黃豆大小)醌氫醌分別加在各待測溶液中，用玻璃棒攪均勻。讓其 充分溶解形成飽和溶液，然后將光亮鉑電極和飽和甘汞電極插入待測溶液 1中組成下列電池。 HgIHg2Cl2l KCl(飽和)ll待測溶液IQH2Q IPt 用電位差計測定此電池的電動勢，重復三次。 再以蒸餾水沖洗鉑電極及汞電極外壁，并用濾紙拭干，浸入其余各待測溶液中組成電池，分別測定電動勢，重復三次。 在測定時，一定要讓醌氫醌充分溶解，真正形成飽和溶液之后進行測定，所得之值才能達到穩(wěn)定。 4、用pH計測定上述溶液的pH值。五、數(shù)據(jù)處理：五、數(shù)據(jù)處理：五、數(shù)據(jù)處理：1、根據(jù)公式計算Cu一Zn電池電動勢的理論值， 并與實驗進行比較，討論產生誤差的原因。