電池電動(dòng)勢測定的應(yīng)用

1、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽：電池電動(dòng)勢測定的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握對消法測定電池電動(dòng)勢的原理和方法；2熟悉SDC-A型數(shù)字電位差綜合測試儀的使用方法；3掌握通過測定可逆電池電動(dòng)勢測定電解質(zhì)的平均離子活度因子。二、實(shí)驗(yàn)原理將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱為原電池，簡稱電池。若這種能量的轉(zhuǎn)換是以熱力學(xué)可逆方式進(jìn)行的，則稱為可逆電池。此時(shí)電池兩極間的電勢差可達(dá)最大值，稱為該電池的電動(dòng)勢E。可逆電池應(yīng)滿足如下條件：電池在充放電時(shí)，電池反應(yīng)必須可逆，亦電極、電池反應(yīng)均可逆。電池中不允許存在任何不可逆的液接界。通過電池的電流應(yīng)為無限小，保證電池的充、放電過程必須在平衡態(tài)下工作?？赡骐姵仉妱?dòng)勢的測量在物理化學(xué)研究中具有

2、重要意義，應(yīng)用也十分廣泛。如測量標(biāo)準(zhǔn)電極電勢、化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)、電解質(zhì)溶液的離子活度因子、難溶鹽的活度積、溶液的pH值以及化學(xué)反應(yīng)的某些熱力學(xué)函數(shù)的改變量（，）等。利用補(bǔ)償法（即對消法）可以使電池在無電流通過（或電流無限?。r(shí)，測得兩電極的電勢差，即為電池的電動(dòng)勢。當(dāng)原電池存在兩種電解質(zhì)界面時(shí)，便產(chǎn)生一種稱為液體接界電勢的電動(dòng)勢，使得電池不能滿足可逆電池的條件，減少液體接界電勢的辦法常用鹽橋。1對消法測量電動(dòng)勢的原理電位差計(jì)是按照對消法測量原理而設(shè)計(jì)的一種平衡式電學(xué)測量裝置，能直接給出待測電池的電動(dòng)勢（以V表示）。對消法是用一個(gè)方向相反、數(shù)值相等的外電勢來抵消原電池的電動(dòng)勢，使連接兩電極的導(dǎo)

3、線上I®0，這時(shí)所測出的E就等于被測電池的電動(dòng)勢E。圖1是對消法測量電池電動(dòng)勢原理圖。 圖1對消法測量電池電動(dòng)勢的原理圖EW-工作電池；E X-待測電池；EN-標(biāo)準(zhǔn)電池；G-檢流計(jì)；R-調(diào)節(jié)電阻；Rx-待測電池電動(dòng)勢補(bǔ)償電阻；K-轉(zhuǎn)換電鍵；RN-標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢補(bǔ)償電阻 當(dāng)換向開關(guān)K扳向“1”一方時(shí)，通過調(diào)節(jié)R使G中電流為零，此時(shí)產(chǎn)生的電位降V與標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢EN相抵消，也就是說大小相等而方向相反。校準(zhǔn)后的工作電流I為某一定值I0。當(dāng)換向開關(guān)K扳向“2”一方時(shí)，在保證校準(zhǔn)后的工作電流I0不變，即固定R的條件下，調(diào)節(jié)電阻Rx，使得G中電流為零。此時(shí)產(chǎn)生的電位降V與待測電池的電動(dòng)勢E X

4、相抵消。其公式為： (1) 如果知道了和EN，就能求出未知電池電動(dòng)勢EX。2溶液pH值的測定可逆電池電動(dòng)勢等于電池兩個(gè)電極電勢之差： (2)式中，、分別為正、負(fù)極的電極電勢，可由電極的能斯特方程計(jì)算而得。對任意一個(gè)給定電極，其電極反應(yīng)的通式為：氧化態(tài) + ze- 還原態(tài)式中，z為進(jìn)行上述電極反應(yīng)所需電子的物質(zhì)的量。則電極電勢的能斯特方程為： (3)式中，為該電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。醌氫醌()電極是一種氫離子指示電極，主要用于溶液pH值的測定。為醌()與氫醌等摩爾混合物，醌氫醌為深褐色固體粉末，微溶于水。被溶解部分能完全分解為等量的醌和氫醌。 醌氫醌電極的電極反應(yīng)為： 其電極電勢為： (4)由于醌氫

5、醌是醌和氫醌的等分子復(fù)合物，在水中溶解度很小，所以在溶液中醌和氫醌的濃度相等且很低，故可認(rèn)為，則： (5)通常將待測pH值的溶液用醌氫醌飽和后，再插入一輔助電極（一般為Pt電極）就構(gòu)成了電極。電極與一個(gè)參比電極（一般為甘汞電極）相連構(gòu)成如下電池：其電池電動(dòng)勢為： (6)將式(5)代入，則： (7) (8)其中， (9) (10) 3電解質(zhì)平均離子活度因子的測定將銀電極插入AgNO3(0.1000mol·kg-1)溶液中作為正極，以飽和甘汞電極作為負(fù)極，構(gòu)成如下電池：其電池電動(dòng)勢為： (11) 其中， (12) (13) 通過測定電池電動(dòng)勢E，即可求得。三、儀器及試劑儀器:恒溫槽（SY

6、P玻璃恒溫水浴和SWQ-A智能數(shù)字恒溫控制器組成）1套 ；SDC-A型數(shù)字電位差綜合測試儀1臺；標(biāo)準(zhǔn)電池1個(gè)；飽和甘汞電極 1支；銀電極1支；鉑電極1支；鹽橋2個(gè)；100ml燒杯4個(gè)。 試劑: 醌氫醌；飽和KCl溶液 ；未知pH值溶液；0.1000mol·kg-1的AgNO3溶液。四、實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）接通SDC-A型數(shù)字電位差綜合測試儀的電源，面板圖如圖2所示，打開面板上電源開關(guān)（ON），預(yù)熱10min。圖2 SDC-A型數(shù)字電位差綜合測試儀（2）接通恒溫槽電源，調(diào)節(jié)恒溫槽溫度為30，誤差為±0.1。（3）按下面的電池圖式將電池1和電池2準(zhǔn)備好。電池1：將未知pH值

7、溶液倒入小燒杯中（1/3杯），再加入少量（約綠豆大?。┑男褮漉勰?，攪拌使之充分溶解達(dá)飽和，且保持溶液中有少量固體，然后插入鉑電極組成電池的正極。將飽和KCl溶液倒入小燒杯中（1/3杯），然后插入飽和甘汞電極組成電池的負(fù)極，兩電極中間插入鹽橋，電池1準(zhǔn)備完畢，將電池1放在30的恒溫槽中恒溫10分鐘。電池2： 將0.1000mol·kg-1的AgNO3溶液倒入小燒杯中（1/3杯），然后插入銀電極組成電池的正極。將飽和KCl溶液倒入小燒杯中（1/3杯），然后插入飽和甘汞電極組成電池的負(fù)極，兩電極中間插入鹽橋，電池2準(zhǔn)備完畢，將電池2放在室溫即可。2標(biāo)準(zhǔn)電池的校正（以外標(biāo)為基準(zhǔn)進(jìn)行測量）（參見實(shí)驗(yàn)講義第四章p227228）3按理論值計(jì)算各電池的電動(dòng)勢 測定每組電池電動(dòng)勢之前，要將電位差綜合測定儀上的電勢讀數(shù)（V）調(diào)整到電動(dòng)勢的計(jì)算值附近后，再進(jìn)行精密測量。4測量電池1在指定溫度下的電動(dòng)勢（參見實(shí)驗(yàn)講義第四章p227228）測量電池1在30時(shí)的電動(dòng)勢，要求對電動(dòng)勢測量三次取平均值，相鄰兩次的測量值之差在0.0005V之內(nèi)，否則隔2min后重測。5測量電池2在室溫下的電動(dòng)勢測量電池2在室溫下的電動(dòng)勢，操作步驟與電池1相同。6實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)上各儀器電源，將電極和鹽橋用蒸餾水冼凈擦干放好。五、數(shù)據(jù)記錄及處理 1將所測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表中。室溫 大氣壓 kpa表1 電動(dòng)勢E實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表