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(yīng)中，進(jìn)行氧化反應(yīng)的是負(fù)極，進(jìn) 行還原反應(yīng)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(fù)極反應(yīng)為：ZnZn2+2e 正極反應(yīng)為：Cn2+2e Cu 總電池反應(yīng)：Zn+Cu2+ Cu+Zn2+ 其電動勢的大小與電極性質(zhì)及溶液中相關(guān)離子的活度的關(guān)系可由能 斯特公式求得：22ln20CuZnaaFRTEE 原電池的電動勢是在原電

2、池的各相間沒有帶電 粒子的轉(zhuǎn)移時各相間電勢差的總和， 也就是原 電池的開路電壓。所謂“開路”，實(shí)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。 因此,電動勢的測定必須在可逆條件下進(jìn)行,否則所得電 動勢沒有熱力學(xué)意義?？赡姹仨殱M足： 1）電極反應(yīng)可向正反兩個方向進(jìn)行； 2）不論是充電還是放電，所通過的電流必須十分微小， 電池在接近平衡態(tài)下工作?？赡骐姵仉妱觿菖c參與平衡的 電極反應(yīng)的各溶液活度之間的關(guān)系完全由該反應(yīng)的能斯特 方程決定。IREU不能用伏特計直接不能用伏特計直接測定測定, ,因?yàn)殡姵嘏c因?yàn)殡姵嘏c伏特計相接后伏特計相接后, ,便構(gòu)成了回

3、路便構(gòu)成了回路, ,有電有電流通過流通過, ,發(fā)生化學(xué)變化、電極被極化、發(fā)生化學(xué)變化、電極被極化、溶液濃度改變、電池電勢不能保持溶液濃度改變、電池電勢不能保持穩(wěn)定。且電池本身有內(nèi)阻，伏特計穩(wěn)定。且電池本身有內(nèi)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?zé)o電流通過時測得其兩極間的電勢差，即為該電池的電動勢。EURrRREUIRIUIrRE相同外電路)(對消法就是根據(jù)上述原理設(shè)計的。在外電路加一個方向相反而電勢幾乎相同的電池，以對抗原電池的電動勢。此時，外電路上差不多沒有電流通過，相當(dāng)于R為無限大的情形下進(jìn)行測定。 可使用電位差計測量原電池的電動勢

4、，電位差計的原理為對消法。電路基本原理圖如下： 組成: 工作電流回路 校準(zhǔn)工作電流回路 測定回路 ncnxcxnnnnRREEIREREIIRE/ 由此可知，用補(bǔ)償法測量電池電動勢的特點(diǎn)： 在完全補(bǔ)償(G在零位)時，工作回路與被測回路之間并無電流通過，不需要測出工作回路中的電流I的數(shù)值，只要測得Rc與Rn的比值即可。由于這兩個補(bǔ)償電阻的精度很高，且En也經(jīng)過精確測定，所以只要用高靈敏度檢流計示零，就能準(zhǔn)確測出被測電池的電動勢。UJ-25型電位差計測電動勢的范圍其上限為600V，下限為0.000001V，但當(dāng)測量高于1.911110V以上電壓時，就必須配用分壓箱來提高上限。工作電流: 0.000

5、1A。直流電位差計使用注意事項(xiàng)及高阻抗電位差計見書267頁。高阻抗電位差計是一種測定電動勢的新技術(shù)，是發(fā)展的必然趨勢。 SDC-IIB數(shù)字電位差綜合測試儀用一體化設(shè)計,將UJ系列電位差計、光電檢流計、標(biāo)準(zhǔn)電池等集為一體，體積小，重量輕、便于攜帶。用數(shù)字顯示。 測量范圍05V，測量分辨率10V。ABACEECSx. 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(guān)的指示電極與另一參比電極放在被測溶液中構(gòu)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(guān)，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

6、電極，氫電極及醌氫醌電極，本實(shí)驗(yàn)用醌氫醌電極為指示電極。甘汞電極為參比電極。醌氫醌(為等摩爾的醌和氫醌的結(jié)晶化合物)電極的電極反應(yīng)為：其電極電勢為:246246)(22OHHCeHOHC20/22/2ln2HQQHQHQaaaFRTQHQpHFRTaFRTaFRTaaQHQQHQQHQQHQHQHQHQHQQQH303.2ln1ln2(0/0/20/2/22/22/22對苯二酚解離度極?。┤粲蔑柡透使姌O作參比電極，當(dāng)溶液的pH7.7時，醌氫醌電極為氧化電極(負(fù)極)，此時，溶液pH的公式請讀者自行推導(dǎo))。 由于pH8.5時,氫醌會發(fā)生電離, 堿性溶液中容易氧化,故不能用于pH8.5的溶液,也不

7、能在含硼酸鹽的溶液中 (生成配合物)和含強(qiáng)氧化劑的溶液中使用。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(biāo)準(zhǔn)電極電勢 ，飽和甘汞電極的電勢 的值均與溫度有關(guān)，它們與溫度的關(guān)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）)25(1016. 9)25(1075. 1)25(1061. 62415. 0)25(106 . 72438. 0)25(104 . 76994. 010264440/2ttttttQHQ甘汞（飽和）甘汞（飽和）實(shí)驗(yàn)溫度FRTEpHQHQ/303.

8、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(fù)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11.376克Na2HP0412H20) 乙液(每升溶液含9.078克KH2P04), 醌氫醌晶體 標(biāo)準(zhǔn)電池請看教材260頁。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、電極制備及電池組合 (1)鋅電極及鋅半電池。用細(xì)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

9、半電池管內(nèi)并塞緊，將虹吸管管口浸入有 0.10M ZnSO4溶液的燒杯內(nèi)，用吸球自支管吸入ZnSO4，夾上螺旋夾，注意虹吸管內(nèi)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(shí)驗(yàn)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

10、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(shí)驗(yàn)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(xì)閱讀綜合測試儀使用說明書的有關(guān)部分。 (3)分別測定各待測電池的電動勢，重復(fù)三次，取平均值。四、實(shí)驗(yàn)步驟：測定電動勢一般應(yīng)注意： (1)連接線路時，切勿將標(biāo)準(zhǔn)電池、工作電池、待測電池的正、負(fù)接反。(2)剛組成的電池電動勢不穩(wěn)定，應(yīng)待35分鐘后再測定。 當(dāng)工作電池剛接入電路時，電動勢稍有下降。因此在

11、電池接入電路后，應(yīng)稍等幾分鐘再操作。(3)測試時必須先按電位差計上“粗”按鈕，經(jīng)調(diào)節(jié)使檢流計示零后，再按“細(xì)”按鈕調(diào)節(jié)使檢流計示零，以免檢流計偏轉(zhuǎn)過猛而損壞。按按鈕時間要短，不超過1s，以防止過多電荷量通過標(biāo)準(zhǔn)電池和待測電池，造成嚴(yán)重極化現(xiàn)象，破壞電池的電化學(xué)可逆狀態(tài)。（避免在尋找平衡點(diǎn)的過程中，原電池發(fā)生極化現(xiàn)象。 ）(4)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。 四、實(shí)驗(yàn)步驟：(5)、為了判斷所測量的電動勢是否為平衡電勢，一般應(yīng)在15分鐘左右的時間內(nèi)，等間隔地測量7-8個數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平衡值附近擺動，偏差小于0.5mV，則可

12、認(rèn)為已達(dá)平衡，記錄最后三個數(shù)據(jù)，取平均值作為該電池的電動勢。四、實(shí)驗(yàn)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5.00ml混合后蒸餾水稀釋到20.00ml作待測液1。 取甲液1.00ml，乙液19.00ml混合，作待測液2。 取甲液14.00ml，乙液6.00ml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分別插入待 測溶液 、 、中組成下列電池。 HgIHg2Cl2l KCl(飽和)ll待測溶液IQH2Q IPt (2)測定上述溶液的電動勢 用電位差計分別測定上述電池的電動勢，重復(fù)三次。 再以蒸餾水沖洗鉑電極及甘汞電極外壁，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(fù)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(jìn)行測定，所得之值才能達(dá)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，討論產(chǎn)生誤差的原因。15.016.015.2981 .0)298(21)298(22