對消法測量電池電動勢

1、對消法測量電池電動勢一實驗?zāi)康模?.學(xué)習(xí)電極電勢測定的基本方法和原理。2.掌握電位差計、檢流計、鹽橋正確的使用方法。3.測定CuZn電池的電動勢。二實驗原理：1.原電池是化學(xué)能變?yōu)殡娔艿难b置，它由兩個“半電池”組成，每個半電池中有一個電極和相應(yīng)的電解質(zhì)溶液，電池的電動勢為組成該電池的兩個半電池的電極電勢的代數(shù)和，常用鹽橋來降低液接電勢。2測量電池的電動勢要在接近熱力學(xué)可逆的條件下進(jìn)行，即在無電流通過的情況下，不能用伏特計直接測量?？赡骐姵氐碾妱觿菘捎脤οy定（當(dāng)加大電壓時，G電流趨近于0；當(dāng)G=0時，U=E）。3.所用的儀器為電位差計，原理如下圖所示：   &#

2、160; 測量時，先將換向開關(guān)轉(zhuǎn)向位置1，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢調(diào)整電阻Rn的大小，然后調(diào)節(jié)電阻Rf，使檢流計中的電流為零，這時存在如下關(guān)系：              En=Rn*（UR/R）即： En/Rn=UR/R   隨后將開關(guān)合至2位置，調(diào)節(jié)個進(jìn)位盤的觸頭，再次使G指向零點(diǎn)，則得到關(guān)系式：           

3、   Ex=Rx×(UR/R) 即： Ex/Rx=UR/R      和聯(lián)立得：              Ex=（En/ Rn）×Rx由于工作電路與被測回路之間并無電流通過，故只要測得En/Rn得值，即可在高靈敏度示零的情況下準(zhǔn)確測出被測電池的電動勢。 三實驗儀器與試劑： 1.儀器 UJ-25型高電勢直流電位差計、HSS-1B數(shù)字式超級恒溫槽、Ac15/z直流復(fù)射式

4、檢流計、標(biāo)準(zhǔn)電池、干電池、銅電極、鋅電極、飽和甘汞電極、溫度計、鹽橋2.試劑0.1000mol/LCuSO4、0.1000mol/LZnSO4、飽和KCl溶液、Hg2Cl2溶液。四實驗步驟：（一）準(zhǔn)備工作1.打開恒溫水浴，調(diào)節(jié)溫度T=25。2.利用公式： En=1.01865-4.05×10-5(T-293)2-9.5×10-7(T-293)2+1×10-8 (T-293)3計算出實驗室溫度下的En，并調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電動勢溫度補(bǔ)償旋鈕。T=23.8。C   En=1.01805V3.鋅電極的制備：將鋅電極用砂紙磨光，除掉鋅電極上的氧化層，用

5、蒸餾水沖洗，然后浸入飽和氯亞汞溶液中35秒，取出后再用蒸餾水淋洗，使鋅電極表面上有一層均勻的汞齊（目的：防止電極表面副反應(yīng)的發(fā)生，保證電極可逆）。4.銅電極的制備：將銅電極用砂紙打光，再用蒸餾水淋洗。 5.電池組合：(-)Zn(s)|Zn2+(0.1000mol/L)|Cu2+(0.1000mol/L)|Cu(s)(+)(-)Zn(s)|Zn2+(0.1000mol/L)|飽和甘汞電極(+) （二）實驗測量：A.電流調(diào)節(jié)1.檢流計靈敏度旋鈕指向短路，打開檢流計的電源。調(diào)節(jié)檢流計，使其光標(biāo)指向零位置。2.將標(biāo)準(zhǔn)電池連入電路，把電位差計的旋鈕調(diào)至N位置。3.將檢流計的換向開關(guān)由“短路”調(diào)

6、至“0.01”，調(diào)節(jié)檢流計，使其光標(biāo)指向零位置。4.先按下“粗”鈕，觀察檢流計光標(biāo)的偏轉(zhuǎn)方向，并記下檢流計光標(biāo)偏轉(zhuǎn)方向。 光標(biāo)偏轉(zhuǎn)方向：向右 調(diào)節(jié)加大“粗”旋鈕所指電阻值，若光標(biāo)偏轉(zhuǎn)不明顯，可摁“細(xì)”鍵。待光標(biāo)偏轉(zhuǎn)方向變化（向左）時，“粗”旋鈕退一格，加大“中”旋鈕，依次類推。 調(diào)節(jié)電位差計上的“粗”“中”“細(xì)”“微”四旋鈕，待光標(biāo)指向零位置或其左右兩格時視為調(diào)好。5.調(diào)好后將檢流計換向開關(guān)依次調(diào)到“0.1”、“1”、“直接”，分別重復(fù)以上操作。 當(dāng)檢流計靈敏度旋鈕指向“直接”，“細(xì)”鍵摁下，檢流計光標(biāo)指向零線或光標(biāo)偏轉(zhuǎn)小于2格時，表示回路電流調(diào)節(jié)完畢。

7、6所有操作完成后將檢流計換向開關(guān)再次置于“短路”，將電位差計旋鈕調(diào)至“斷”處。B. 實驗測定1.CuZn電池電極電勢的測定：.將適量0.1000mol/kgCuSO4、0.1000mol/kgZnSO4溶液分別裝于試管中，放入恒溫水浴中插入鹽橋及Cu和Zn電極。.將銅鋅電極連入X2的正負(fù)極，重復(fù)3以下操作，記錄數(shù)據(jù)。2.Zn甘汞電極電勢的測定：將適量KCl的飽和溶液、0.1000mol/kgZnSO4溶液分別裝于試管中，放入恒溫水浴中插入鹽橋及相應(yīng)電極，按上述方法重復(fù)操作三次，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。測量結(jié)束，將檢流計靈敏度旋鈕指向“短路”，關(guān)閉電源。關(guān)閉恒溫槽電源。五實驗數(shù)據(jù)處理1.實驗室溫度T=2

8、96.8K2.標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢：En=1.01805V3電池電極電勢：次數(shù)CuZn電極電勢（V）Zn甘汞電極電勢（V）11.0888560.99628121.0743530.97112830.9984310.960328平均值1.0538800.975912相對標(biāo)準(zhǔn)偏差3.5%1.4%理論電動勢1.09981.0335測量誤差-4.1%-5.5%         六誤差分析：1在實驗操作過程中，檢流計光標(biāo)很難指向零點(diǎn)，說明測量回路有電流通過，所以E（測）E（理）。2由于檢流計光標(biāo)較難調(diào)節(jié)，每組測量時間較長，

9、工作回路中電流會發(fā)生變化，從而影響測量結(jié)果。3沖洗電極管后電極管中所留水分會對電解質(zhì)溶液起稀釋作用，會影響電池的實際電動勢。七.實驗注意事項：連接線路時，切勿正、負(fù)極接反。測試時必須先按電位計上“粗”按鈕，待檢流計示零后，再按“細(xì)”按鈕，以免檢流計偏轉(zhuǎn)過猛而損壞.當(dāng)偏轉(zhuǎn)幅度較大時，摁“短路”鍵，可使光標(biāo)偏轉(zhuǎn)幅度減小，以免損毀儀器。(3)按按鈕時間要短，不超過ls，以防止過多電量通過標(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)。(4)整個調(diào)節(jié)測量時間要快，以免電解質(zhì)電解時間過長，溶液變稀，以致測不準(zhǔn)。而且，室溫的上升對實驗結(jié)果也有影響。八.實驗總結(jié)：  &#

10、160;    通過本次實驗，我了解并掌握了電極電勢測定的基本方法和原理；學(xué)會了電位差計、檢流計的使用方法。這次實驗我了解了團(tuán)體合作的重要。對消法測量電動勢 一實驗?zāi)康模?. 通過電池和電極電勢的測定，加深對可逆電池的理解。2.掌握電位差計、檢流計、鹽橋正確的使用方法。3.掌握CuZn和Zn甘汞電池電極電勢的測定。 二實驗原理： 1電池的電動勢測量的條件：電池的電動勢不能直接用伏特計來測量。因為當(dāng)把伏特計與電池接通后，必須有適量的電流通過才能使伏特計顯示，這樣電池中就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶液的濃度不斷改變。因而電動勢也不斷變化，這時電池已不

11、是可逆電池。另外，電池本身有電阻，用伏特計所量出的只是兩電極間的電勢差而不是可逆電池的電勢。所以測量可逆電池的電動勢必須在幾乎沒有電流通過的情況下進(jìn)行。  2用對消法可達(dá)到測量原電池電動勢的目的，如圖所示: 【Ew、En、Ex 分別為工作電池，標(biāo)準(zhǔn)電池（惠撕登電極），待測電池。Rf為可調(diào)電阻，用于調(diào)節(jié)工作電池分配在高精度電阻上的電壓 】工作原理為：測量時，先將換向開關(guān)與En連接，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢調(diào)整電阻Rn的大小，然后調(diào)節(jié)電阻Rf，使檢流計中的電流為零，這時存在如下關(guān)系：En=Rn×（UR/R）即 En/Rn=UR/R   (1) 

12、;隨后將換向開關(guān)與Ex連接，調(diào)節(jié)個進(jìn)位盤的觸頭，再次使G指向零點(diǎn)，則得到關(guān)系式：Ex=Rx×(UR/R)即 Ex/Rx=UR/R     （2）（1）和（2）聯(lián)立得：Ex=（En/ Rn）×Rx 由于工作電路與被測回路之間并無電流通過，故只要測得En/Rn得值，即可在高靈敏度示零的情況下準(zhǔn)確測出被測電池的電動勢。   該圖為CuZn電池 三實驗儀器與試劑：   UJ25型高電勢直流電位差計、標(biāo)準(zhǔn)電池、Ac15/z直流復(fù)射式檢流計、干電池、溫度計、銅電極、鋅

13、電極、飽和甘汞電極、砂紙、HSS-1B數(shù)字式超級恒溫槽、鹽橋、0.1000mol/LCuSO4、0.1000mol/LZnSO4、飽和KCl溶液、Hg2Cl2溶液。 四實驗步驟：1. 、打開超級恒溫槽電源開關(guān)（三個按鈕均向下）及冷卻水，調(diào)節(jié)溫度為25C（達(dá)到溫度后將加熱按鈕搬向上）。 2.由公式En= 1.01865-4.05×10-5(T-293)2-9.5×10-7(T-293)2 +1×10-8 (T-293)3實驗室的溫度為291K即18攝氏度,把T=291 K代入En的公式中 ， 計算出實驗室溫度下的En=1.01859 V

14、，并在電位差計上設(shè)定好； 3.調(diào)節(jié)工作回路電流：（1）在打開檢流計的電源且檢流計靈敏度旋鈕指向短路情況下，調(diào)節(jié)檢流計，使其光標(biāo)指向零位置。（2）將標(biāo)準(zhǔn)電池（即電位差計開關(guān)為）連入電路。（3）將檢流計的換向開關(guān)由“短路”調(diào)至“0.01”，調(diào)節(jié)檢流計，使其光標(biāo)指向零位置。（4）先按下“粗”鈕，觀察檢流計光標(biāo)的偏轉(zhuǎn)方向， 如光標(biāo)偏轉(zhuǎn)方向向右，應(yīng)調(diào)節(jié)加大“粗”旋鈕所指電阻值，若光標(biāo)偏轉(zhuǎn)不明顯，可摁“細(xì)”鍵。待光標(biāo)偏轉(zhuǎn)方向變化（向左）時，“粗”旋鈕退一格，加大“中”旋鈕，依次類推。 調(diào)節(jié)電位差計上的“粗”“中”“細(xì)”“微”四旋鈕，待光標(biāo)指向零位置或其左右兩格時視為調(diào)好。（5

15、）調(diào)好后將檢流計換向開關(guān)調(diào)高一檔，分別重復(fù)6處的操作直到調(diào)至“直接”時結(jié)束。 當(dāng)檢流計靈敏度旋鈕指向“直接”，“細(xì)”鍵摁下，檢流計光標(biāo)指向零線或光標(biāo)偏轉(zhuǎn)小于2格時，結(jié)束回路電流調(diào)節(jié)。（6）結(jié)束后將檢流計換向開關(guān)再次置于“短路”，將電位差計旋鈕調(diào)至“斷”處。 4.電極準(zhǔn)備：（1）鋅電極的制備：將鋅電極用砂紙磨光，除掉鋅電極上的氧化層，用蒸餾水沖洗，然后浸入飽和氯亞汞溶液中35秒，取出后再用蒸餾水淋洗，使鋅電極表面上有一層均勻的汞齊（防止電極表面副反應(yīng)的發(fā)生，保證電極可逆）。(2)銅電極的制備：將銅電極用砂紙打光，再用蒸餾水淋洗。（3）配制KCl的飽和溶液備用5.電池組合：&#

16、160;         6.Zn甘汞電極電勢的測定：（1）.將適量KCl的飽和溶液、0.1000mol/kgZnSO4溶液分別裝于試管中，放入恒溫水浴中插入鹽橋及相應(yīng)電極(即鋅插入ZnSO4溶液中，飽和甘汞電極插入KCl的飽和溶液中)。（2）.將飽和甘汞電極鋅電極連入X1的正負(fù)極（即鋅為負(fù)極，飽和甘汞電極為正極），將電位差計旋鈕調(diào)至X1，重復(fù)步驟3的操作，不同的是調(diào)節(jié)的電阻變?yōu)镽x，重復(fù)操作三次，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。E1=0.9410V   E2=0.9440V   

17、 E3=0.9451V（平均）4347.CuZn電池電極電勢的測定： （1）.將適量0.1000mol/kgCuSO4、0.1000mol/kgZnSO4溶液分別裝于試管中，放入恒溫水浴中插入鹽橋及相應(yīng)電極（即銅插在CuSO4溶液中，鋅插在ZnSO4溶液中） （2）.將銅鋅電極連入X2的正負(fù)極（即鋅為負(fù)極，銅為正極），重復(fù)操作3，不同的是調(diào)節(jié)的電阻變?yōu)镽x，記錄數(shù)據(jù)。記錄此時電動勢。 E1=1.0001 E2=0.9935V  E3=0.9815V0.9917 8.測量結(jié)束，將檢流計靈敏度旋鈕指向“短路”，關(guān)閉電源。關(guān)閉恒溫槽電源。&

18、#160;五實驗數(shù)據(jù)處理1.實驗室溫度T=K2.標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢：En=1.0185V3.鋅飽和甘汞電池電動勢：飽和甘汞電極的電極電勢：   E1   E2   E3 （平均）0.9410V0.9440V0.9451V0.9434 E(理論)=1.006430 Dr=( E(理論)- E（平均）)/ E(理論)*100   =（1.006430-0.9434）/1.006430*100%=6.2% 4.銅鋅電池電動勢：E1E2E3E（平均）1.0001V0.9935V0.981

19、5V0.9917V  E(理論)=E(標(biāo)準(zhǔn))-(RT/2F)*ln(a(ZnSO4)/a(CuSO4)=1.103232V      Dr=( E(理論)- E（平均）)/ E(理論)*100       =（1.103232-  0.9917）/1.103232*100%=10%六.實驗注意事項：.連接線路時，切勿正、負(fù)極接反。.測試時必須先按電位計上“粗”按鈕，待檢流計示零后，再按“細(xì)”按鈕，以免檢流計偏轉(zhuǎn)過猛而損壞.當(dāng)偏轉(zhuǎn)幅度較大時，摁“短路”鍵，可使光標(biāo)偏轉(zhuǎn)

20、幅度減小，以免損毀儀器。 (3)在使用“粗”“細(xì)”兩個按鍵開關(guān)時，不要長時間按下不放，以免電池發(fā)生極化影響測量結(jié)果破壞電池的電化學(xué)可逆狀。 (4).整個調(diào)節(jié)測量時間要快，以免受電解質(zhì)電解和室溫的變化對實驗結(jié)果的影 （5）在不使用檢流計時應(yīng)將靈敏度旋鈕指向“短路”   七.誤差分析    1.溫度的變化對電勢的測量也有一定的影響。    2因檢流計光標(biāo)較難指向零點(diǎn)，每組測量時間較長，工作回路中電流會發(fā)生變化，從而影響測量結(jié)果。    3.電解質(zhì)溶液的電解引起

21、溶液濃度的變化會影響電池的實際電動勢。 九。實驗總結(jié)通過本次實驗，使我了解到測量電路中有電流通過對測量電池電勢的影響，加深對可逆電池的理解。原電池電動勢的測定一實驗?zāi)康模?掌握對消法測定電池電動勢的原理及電位差計的使用方法.2學(xué)會某些電極的制備和處理方法。3通過電池和電極電勢的測定，加深理解可逆電池的電動勢可逆電極電勢的概念。二實驗原理：1原電池是化學(xué)能變?yōu)殡娔艿难b置，它由兩個“半電池”組成，每個半電池中有一個電極和相應(yīng)的電解質(zhì)溶液。電池的電動勢為組成該電池的兩個半電池的電極電勢的代數(shù)和。常用鹽橋來降低液接電勢。2測量電池的電動勢要在接近熱力學(xué)可逆條件下進(jìn)行，即在無電池通過的情況下，

22、不能用儀特計直接測量。因此方法在測量過程中有電流通過伏特計，處于非平衡態(tài)。用對消法可達(dá)到測量原電池電動勢的目的，如圖所示:【Ew、Es、Ex 分別為工作電池，標(biāo)準(zhǔn)電池（惠撕登電極），待測電池。 】工作原理為：當(dāng) Ks接通時，調(diào)節(jié)Rf及滑動頭至S，使檢流計中無電流通過。此時有EsUCA 工作回路電流IUSA /RSA=Es/RSA ; 當(dāng)Ks斷開，Kx接通，調(diào)節(jié)滑頭至X，使檢流計中無電流通過，此時有ExUHA，工作回路電流I=UXA/RXA=Ex/RXA 因此，Es/RSA =Ex/ RXA ，即 Ex RXA·(Es/RSA )。但由于Es隨溫度而變，所以在測量過程中要調(diào)節(jié)RSA來調(diào)

23、節(jié)(Es/RSA )的恒定（即通過標(biāo)準(zhǔn)電池溫度補(bǔ)償按鈕調(diào)節(jié)）。三實驗儀器及試劑：UJ-25型高電勢電位差計1臺，HSS-1B數(shù)字式超級恒溫?zé)嵩〔?，?biāo)準(zhǔn)電池(惠斯登電池)2節(jié)，直流檢流計1臺，鉀電池2節(jié),銅鋅電極，甘汞電極，鹽橋，溫度計，飽和氯化亞汞溶液，飽和氯化鉀溶液，ZnSO4(0.1000mol/L),CuSO4(0.1000mol/L) 。四實驗操作：1半電池的制備： (1)鋅電極的制備：將鋅電極用砂紙磨光，除掉鋅電極上的氧化層，用蒸餾水沖洗，然后浸入飽和氯亞汞溶液中35秒，取出后再用蒸餾水淋洗，使鋅電極表面上有一層均勻的汞齊（防止電極表面副反應(yīng)的發(fā)生，保證電極可逆）。將處理好的鋅電極直

24、接插入盛有0.1000mol/L硫酸鋅溶液的電極管中。(2)銅電極的制備：將銅電極用砂紙打光，再用蒸餾水淋洗，插入盛有0.1000mol/L硫酸銅溶液的電極管中。2電池組合： 3連接電路：首先將電位差計的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“斷”位置，按鈕(粗、細(xì)、斷)全部松開，然后將標(biāo)準(zhǔn)電池、工作電池、待測電池及檢流計分別用導(dǎo)線連接在“標(biāo)準(zhǔn)”、“工作”、“未知”或“未知”及“電計”接線柱上，注意正負(fù)極（檢流計無極性要求）。恒溫浴槽預(yù)設(shè)為25.0 oC，開始加熱，并將電極插入孔中。4檢流計調(diào)零：將檢流計的轉(zhuǎn)換開關(guān)從“短路”調(diào)至“X”檔，電壓選擇開關(guān)置于220V,用調(diào)零旋鈕調(diào)節(jié)檢流計的機(jī)械零點(diǎn)，即光標(biāo)調(diào)零。5標(biāo)準(zhǔn)電池溫度補(bǔ)償：讀取標(biāo)準(zhǔn)電池上所附溫度計的溫度值t=20.2oC，根據(jù)Et= E20oC-4.06*10-5(t-20)-9.5*10-7(t-20)2，E20oC=1.01845V，求出標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢Et=1.01845V。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電池溫度補(bǔ)償旋鈕至該電動勢。6標(biāo)定電位差計：將電位差計的轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到N，Rf調(diào)節(jié)旋鈕(粗中細(xì)微)均調(diào)到最小，分別按下電位差計“粗”“細(xì)”按鈕，記錄最初光標(biāo)偏移方向；再分別按下電位