電極制備及電池電動勢的測定

1、電極制備及電池電動勢的測定一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 學(xué)會銅電極、鋅電極的制備和處理方法。2 掌握電勢差計的測量原理和測定電池電動勢的方法。3 加深對原電池、電極電勢等概念的理解。二實(shí)驗(yàn)原理：1 電池電動勢不能用伏特計直接測量。因?yàn)楫?dāng)伏特計與電池接通后，由于存在電流I，使電動勢值發(fā)生變化；另一方面，由于電池本身存在內(nèi)電阻，所以伏特計所量出的只是兩極的電勢降，而不是電池的電動勢。只有在沒有電流通過時的電勢降才是電池真正的電動勢。e = I（R內(nèi)+R外）伏特計測量：U=IR外U/e = R外 /（R內(nèi) + R外）當(dāng)R外®¥，I®0，U/e » 1，U » e電

2、勢差計就是利用對消法原理進(jìn)行電勢差測量的儀器，即能在電池?zé)o電流（或極小電流）通過時測得其兩極的電勢差，這時的電勢差就是電池的電動勢。2電勢差計的測量原理：電勢差計的示意圖如圖所示：當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)K合至1，調(diào)節(jié)r，使檢流計G中無電流通過，此時標(biāo)準(zhǔn)電池EN和標(biāo)準(zhǔn)電池的補(bǔ)償電阻RN兩端的電勢分別相等，此時有下列關(guān)系：EN = IRN式中I為工作電流。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)K合至2，調(diào)節(jié)滑線電阻A，再次使檢流計G指示為零，此時在可調(diào)電阻R上的電阻值設(shè)為RK，則有：EX = IRK式中I仍為前面所調(diào)的工作電流值，因此有：EX = EN·RK/RN即當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢EN和標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的補(bǔ)償電阻RN的數(shù)值確定時

3、，只要正確讀出RK的值，就能正確測出未知電動勢EX。三實(shí)驗(yàn)裝置圖：四實(shí)驗(yàn)步驟：1電極和鹽橋制備（1）鋅電極：先用稀硫酸洗凈鋅電極表面的氧化物，再用蒸餾水淋洗，然后用0.1M的ZnSO4溶液淋洗，放入0.1M的ZnSO4溶液中，即制成了鋅電極。（2）銅電極：由于銅較鋅不活潑，所以先用稀硝酸洗凈銅電極表面的氧化物，再用蒸餾水淋洗，然后把它作為陰極，另取一塊純銅片作為陽極，在鍍銅溶液（配制方法見試劑）內(nèi)進(jìn)行電鍍，電鍍時，電流密度控制在25mA·cm-2左右，電鍍時間2030分鐘，使銅電極表面有一層均勻的新鮮銅。電鍍完成后，取出銅電極，用蒸餾水沖洗后，再用0.1M的CuSO4溶液淋洗，最后放

4、入0.1M的CuSO4溶液中，即制成了銅電極。（3）鹽橋制備：為了消除液接電勢，必須使用鹽橋，其制備方法是：在100mL的飽和KCl溶液中加入3g瓊脂，煮沸，用滴管將它灌入干凈的U形管中，U形管中以及管兩端不能留有氣泡，冷卻后待用。2電動勢的測定：（1）按圖6（P149）正確連接線路。注意正、負(fù)極不要接錯。（2）校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電池：將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至“N”處，轉(zhuǎn)動工作電流調(diào)節(jié)旋鈕粗、中、細(xì)、微，依次按下電計按鈕“粗”、“細(xì)”，直至檢流計為零。此后在實(shí)驗(yàn)過程中此四個按鈕不要再調(diào)。（3）測量待測電池電動勢：將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向X1或X2位置（取決于待測電池的接入位置），從大到小旋轉(zhuǎn)六個測量旋鈕，按下電計按鈕“粗”

5、、“細(xì)”，直至檢流計示零，6個旋鈕下方所顯示的數(shù)字總和即為待測電池電動勢。更換電池，即可測量其它電池的電動勢。 實(shí)驗(yàn)完畢，把鹽橋放在水中加熱溶解，洗凈，其它各儀器復(fù)原，檢流計短路放置。五數(shù)據(jù)處理： 1室溫下（17°C）三組電池的電動勢測量值：編號電池表示式E(V)(實(shí)驗(yàn)值)aZn½ZnSO4(0.1000 mol/L)½½KCl(飽和) ½Hg2Cl2,Hg1.07073bHg2Cl2,Hg ½KCl(飽和) ½½ Cu½CuSO4(0.1000 mol/L)0.03857cZn½ZnSO4(0

6、.1000 mol/L) ½½ Cu½CuSO4(0.1000 mol/L)1.086182計算：由飽和甘汞電極的電極電勢數(shù)據(jù)，以及a、b兩組電池的電動勢測量值，分別計算銅電極和鋅電極的電極電勢。 室溫下，j甘汞×10-4（17-25）=0.24900V Ea=j甘汞-jZn2+/Zn jZn2+/Zn = j甘汞- Ea =0.24900-1.07073 = -0.82173V 同理，Eb=jCu2+/Cu -j甘汞 jCu2+/Cu = j甘汞+Eb =0.24900+0.03857= 0.28757V在25°C時0.1000mol

7、3;L-1CuSO4溶液中銅離子的平均離子活度系數(shù)為0.16，0.1000mol·L-1ZnSO4溶液中鋅離子的平均活度系數(shù)為0.15，計算銅電極和鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。jCu2+/Cu=j0Cu2+/Cu- j0Cu2+/Cu=0.28757+=0.3392V同理, jZn2+/Zn= j0Zn2+/Zn-j0Zn2+/Zn = -0.82173+= -0.7693V物理化學(xué)數(shù)據(jù)手冊上的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢數(shù)據(jù)j0*Cu2+/Cu= 0.3402V j0*Zn2+/Zn= -0.7630Vj0*Cu2+/Cu>j0Cu2+/Cu j0*Zn2+/Zn>j0Zn2+/Zn六注意事

8、項(xiàng)：1 標(biāo)準(zhǔn)電池切勿搖晃或顛倒，正負(fù)極不能接錯，不能用萬用表量其電壓。2 檢流計不用時一定要短路。在測定電動勢時，一定要順次先按電位計上的“粗”按鈕，待檢流計光點(diǎn)調(diào)到零點(diǎn)后再按“細(xì)”按鈕，以免燒壞檢流計。又按按鈕使之通路的時間不可過長，勿超過一秒。3 盛放溶液的燒杯須潔凈干燥或用該溶液蕩洗。所用電極也應(yīng)用該溶液淋洗或洗凈后用濾紙輕輕吸干，以免改變?nèi)芤簼舛取?甘汞電極內(nèi)充滿KCl溶液，并注意在電極內(nèi)應(yīng)有固體的KCl存在，以保證在所測溫度下為飽和的KCl溶液。使用時應(yīng)把橡皮頭拔去。七結(jié)果討論：由實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果計算鋅電極和銅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，較手冊所給偏小，這可能是因?yàn)椋? 標(biāo)準(zhǔn)電池長期使用后其電動

9、勢已變動，但未校正。2 用電位計測電池電動勢時，每測一次前都需用標(biāo)準(zhǔn)電池校正，否則因工作電池的放電而改變了工作電流，致使電位計上的刻度不等于實(shí)際的電位值。3測電動勢最好應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行，但目前尚無這樣的條件。4制備電極時如電流密度過大，鍍液有誤或鍍前電極表面未經(jīng)潔凈處理會使鍍層粗糙而易于剝落，致使電極電位有所改變而影響所測的電動勢值。八思考題：1為什么不能用伏特計測量電池電動勢？其原因是：（1）用伏特計測量，總不免有電流流過電池，勢必有一部分電動勢消耗在極化和克服內(nèi)阻上，因而使測量的電壓小于電池的電動勢；（2）當(dāng)有電流通過電池時會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使溶液的濃度改變，導(dǎo)致電動勢的改變，從而破壞了電池的可逆性。 2對消法測量電池電動勢的主要原理是什么？現(xiàn)代很多直流電源可直接讀出輸出電壓,將這樣的電源的正極與待測電池正極,負(fù)極與負(fù)極相連,串聯(lián)一個保護(hù)電阻和一個檢流計.調(diào)可讀電源的輸出電壓至檢流計指針不在偏轉(zhuǎn).此時待測電壓與可讀電壓的值相等.利用電勢相消.3應(yīng)用UJ-25型電勢差計測量電動勢過程中，若檢流計光點(diǎn)總往一個方向偏轉(zhuǎn)，這可能是什么原因？在測量電池電動勢過程中，若檢流計光點(diǎn)總往一個方向偏轉(zhuǎn)，說明達(dá)不到補(bǔ)償