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文檔簡介
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
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