實驗二原電池電動勢的測定及應用

實驗二原電池電動勢的測定及應用第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、實驗目的

(1)掌握對消法測量電池電動勢的原理。(2)學習一些電極和鹽橋的制備和處理方法。(3)熟悉電位差計的使用方法。（4）通過原電池電動勢的測定求算熱力學函數(shù)。第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日

原電池是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，它是由兩個“半電池”組成。每一個半電池中有一個電極和相應的電解質溶液。電池在放電反應過程中，正極發(fā)生還原反應，負極發(fā)生氧化反應，電池反應是電池中兩個電極反應的總和，其電動勢為組成該電池的兩個電極的電極電勢的代數(shù)和.二、實驗原理

第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日當電極電勢均以還原電勢表示時，若正極的電極電勢為，負極的電極電勢為，則：

式中:E──電池的電動勢,單位為V。、──分別為正、負電極的電極電勢，單位V。

第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日測量原電池的電動勢，要在接近熱力學可逆條件下進行，即在無電流通過的情況下測量，不能直接用伏特計測量。因為用伏特計測量時有電流通過電池內部和伏特計，電池內部會發(fā)生化學反應，而使?jié)舛雀淖?，電極被極化，測量處于非平衡狀態(tài)。另外，電池本身存在內電阻，所以伏特計測得的只是兩電極間的電勢差，而不是電池的電動勢。只有在沒有電流通過、電池處在平衡狀態(tài)下，才能測量到電池的電動勢。采用電位差計可以在無電流通過時，測得在平衡狀態(tài)下電池的電動勢。第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日對消法測量原電池電動勢的原理示意圖

第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日通過對電池電動勢的測量可求算某些反應的H，S，G等熱力學函數(shù)，電解質的平均活度系數(shù)，難溶鹽的活度積和溶液的pH等物理化學參數(shù)。但用電動勢的方法求如上數(shù)據(jù)時，必須是能夠設計成一個可逆電池，該電池所構成的反應應該是所求的化學反應。

第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)

正極：Ag++e-→Ag負極：2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e-電池電動勢為

1.求銀電極的標準電極電勢

第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日

2.用電動勢法求AgCl的Ksp

Ag(s)|AgCl(s)KCl(m1)|AgNO3(m2)|Ag

(s)該電池的電極反應為：負極反應：Ag(s)＋Cl－(m1)AgCl(s)＋e-正極反應：Ag＋(m2)＋e-Ag(s)電池總反應：Ag＋(m2)＋Cl－(m1)AgCl(s)

第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日又因為GQ=－nFEQ

=

(該反應n=1)，EQ

=第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖飽和醌氫醌的未知pH溶液|Pt(s)

醌氫醌(Q·QH2)為醌(Q)和氫醌(QH2)等摩爾混合物，在水中溶解度很小。醌氫醌電極作為正極的電極反應為：其電極電勢為:

3.測定溶液的pH值

第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日若用飽和甘汞電極作參比電極，當溶液的pH<7.7時，醌氫醌為還原電極(正極)，則所組成的電池的電動勢為：(當溶液的pH>7．7時，醌氫醌電極為負極)

第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日式中醌氫醌電極的標準電極電勢，飽和甘汞電極的電勢的值均與溫度有關，它們與溫度的關系為：因此，若測定了電池的電動勢，根據(jù)便可求得溶液的pH值。

第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日三、儀器與試劑電動勢測定儀1臺鉑電極1只銀電極1只銀氯化銀電極1只飽和甘汞電極1只鹽橋1只加熱套燒杯50ml6只250ml1只飽和氯化鉀溶液0.1000MAgNO3溶液飽和醌氫醌的未知pH溶液瓊脂飽和KNO3溶液第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日四、實驗步驟鹽橋的制備

稱40gKNO3溶液100g蒸餾水中，攪拌溶解靜置，取上層飽和溶液。稱取3g瓊脂，浸泡1-2分鐘，再慢慢加熱至沸騰，待瓊脂全部溶解后，趁熱將其注入U型管中，注入時不能有氣泡，擦干外壁，冷卻待用。注意：配一份溶液，裝6只U型管。第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日2.電極的準備鉑電極先用丙酮浸泡1分鐘，再用蒸餾水淋洗，浸入蒸餾水。飽和甘汞電極和飽和氯化銀電極使用前用蒸餾水淋洗，浸入蒸餾水。銀電極用細砂紙輕輕打磨露出新鮮金屬光澤，蒸餾水洗凈，浸入蒸餾水。注意：進入電解液前需擦干。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日SDC-Ⅲ型綜合數(shù)字電位差測試儀（操作面板）第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.數(shù)字式電位差計的校正與測定插上電源，打開儀器開關，穩(wěn)定10min.校正：打至標定檔，將紅黑（正負）導線一端插入“標定”接口，另一端連接內部標準電池，通過快速調節(jié)裝置上6個旋鈕，使電位為標準值。測量：將旋鈕打至”測定檔”位，將紅黑導線一端插入“測量”接口，一端連接組合電池的正負極，通過快速調節(jié)裝置上6個旋鈕，使右側減零窗口為0，記錄此時電位指示值即為該電池的電動勢。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日

①Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)②Ag(s)+AgCl(s)∣KCl(飽和)‖

AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)③Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖飽和醌氫醌的未知pH溶液|Pt(s)4．測定下列各電池在室溫下的電動勢

第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日(1)(2)(3)插入鹽橋銀|氯化銀電極插入裝有30mL飽和KCl溶液的50mL燒杯中銀電極插入裝有30mL

0.1mol·L-1AgNO3

溶液的50mL燒杯中鉑電極插入裝有30mL飽和有醌氫醌的未知pH溶液的50mL燒杯中插入鹽橋插入鹽橋飽和甘汞電極插入裝有30mL飽和KCl溶液的50mL燒杯中飽和甘汞電極插入裝有30mL飽和KCl溶液的50mL燒杯中銀電極插入裝有30mL

0.1mol·L-1AgNO3

溶液的50mL燒杯中0.1mol·L-1AgNO30.1mol·L-1AgNO3飽和有醌氫醌的未知pH溶液第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日5.實驗整理實驗完畢后，將鹽橋放在水中加熱溶解，洗凈。各電極洗凈擦干保存。將儀器電源關閉，并將各儀器復原，儀器擺放整齊。

第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日室溫：℃大氣壓：kPa被測電池

電池電動勢∕V第一次第二次平均值①②③五、數(shù)據(jù)記錄與處理表1電池電動勢測量數(shù)據(jù)第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日

①Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)

求銀電極的標準電極電勢

②Ag(s)+AgCl(s)∣KCl(飽和)‖

AgNO3(0.1mol·L-1)∣Ag(s)求AgCl在室溫下的Ksp③Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(飽和)‖飽和醌氫醌的未知pH溶液|Pt(s)

求溶液的pH值。數(shù)據(jù)處理：第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日六、注意事項(1)連接儀器與待測電池時，正負極不要接反。(2)鹽橋的兩端應標好記號，讓標負號的一端始終與含氯離子的溶液接觸。(3)測定時，先從最上端旋鈕開始調，快速找到平衡點，以防止電流通過時改變電極表面的平衡狀態(tài)。第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日七、問題討論

（1）為什么不能用伏特計測量電池的電動勢?（2）鹽橋有什么作用？應選擇什么樣的電解質作鹽橋?第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

（1）為什么不能用伏特計測量電池的電動勢?答：因為當把伏特計與電池接通后，由于電池放電，不斷發(fā)生化學反應，有電流流出，電池中溶液的濃度不斷改變，因而電動勢也會有變化。另外，電池本身有內電阻，所以用伏特計所測量出的只是兩電極間的電勢差，而不是電池的電動勢。只有在沒有電流通過時，測量到的電勢差才是電池的電動勢。參考答案第二十七頁，共二十八頁，2022