實驗六十七原電池電動勢的測定及其應用

實驗六十七原電池電動勢的測定及其應用第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六一、實驗目的（1）掌握電位差計的測量原理和正確使用方法。（2）學會一些電極的制備和處理方法。（3）測定Cu-Zn電池的電動勢和Cu、Zn電極的電極電勢。第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六二、實驗原理

電池電動勢是通過原電池電流為零(電池反應達平衡)時的電池電勢，用E表示，單位為伏特。由于電動勢的存在，當外接負載時，原電池就可對外輸出電功。

1、電池電動勢的測定電池與伏特計接通后有電流通過，在電池兩極上會發(fā)生極化現(xiàn)象，使電極偏離平衡狀態(tài)。另外，電池本身有內阻，伏特計所量得的僅是不可逆電池的端電壓。因此電池電動勢不能直接用伏特表來測定。利用電位差計可在電池無電流（或極小電流）通過時測得其兩極間的電勢差，即為該電池的平衡電動勢。能否用伏特計來測量E？第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

電位差計是根據(jù)補償法(或稱對消法)測量原理設計的一種平衡式電壓測量儀器。其工作原理是在待測電池上并聯(lián)一個大小相等，方向相反的外加電勢，這樣待測電池中就沒有電流通過，外加電勢差的大小就等于待測電池的電動勢。如圖1所示。二、實驗原理Ew-工作電源；EN-標準電池；EX-待測電池；R-調節(jié)電阻；RX-待測電池電動勢補償電阻；RN-標準電池電動勢補償電阻；K-轉換電鍵；G-檢流計第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六1）校準工作電流IW二、實驗原理如圖所示，電位差計有工作、標準、測量三條回路。

開關K打向1，預先調好標準回路中的標準電阻RN，調節(jié)工作回路的電阻R至檢流計無電流通過，工作電流IW就已被確定。第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六2）測量未知電池電動勢EW二、實驗原理

開關K打向2，調節(jié)測量回路的電阻RK至檢流計無電流通過，此時IRK與被測電池電動勢對消。如圖所示，電位差計有工作、標準、測量三條回路。第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六電池電動勢E池

＝

＋－－電化學中電極電勢的絕對值無法測定，只能使某電極的電極電勢為標準求出其相對值。本實驗采用飽和甘汞電極為參比電極。電極：KCl(飽和溶液)

Hg2Cl2(s)Hg電極反應：Hg2Cl2(s)+2e=2Hg(l)+2Cl-將甘汞電極與待測電極組成原電池，由甘汞電極的電極電勢及實驗測定的電池電動勢就可計算出電極電勢。2、電極電勢的測定二、實驗原理還原電極電勢：第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六三、儀器與試劑

1、儀器：

2、試劑：SDC數(shù)字電位差計1臺飽和甘汞電極1支銀/氯化銀電極1支電極管3支銅電極2支鋅電極1支電極管3個電鍍裝置1套250mL燒杯 1個50mL小燒杯4個0.1000mol·L-l硫酸鋅溶液0.1000mol·L-l硫酸銅溶液0.0100mol·L-l硫酸銅溶液6mol·L-l硫酸溶液6mol·L-l硝酸溶液飽和硝酸亞汞溶液鍍銅溶液飽和氯化鉀溶液第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六四、實驗步驟1、電極制備1）鋅電極

用6mol·L-l硫酸浸洗，依次用水、蒸餾水淋洗，再將其浸入飽和硝酸亞汞溶液中3~5秒，待汞齊化后取出，用濾紙擦干，再用蒸餾水淋洗(注意：Hg有毒)。把處理好的鋅電極插入清潔的電極管內并塞緊，將電極管的虹吸管浸入盛有0.1000mol·L-1ZnSO4溶液中，用吸氣球自支管抽氣，將溶液吸入電極管至高出電極約1cm，停止抽氣，旋緊活夾，電極的虹吸管內(包括管口)不可有氣泡，也不能有漏液現(xiàn)象。

第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六四、實驗步驟1、電極制備2）銅電極將銅電極在6mol·L-l硝酸內浸洗，取出后依次用水、蒸餾水淋洗干凈，再把它作為陰極，另取一塊純銅片作為陽極，在鍍銅溶液內進行電鍍。電鍍條件是：電流密度控制在10mA·cm-2左右，電鍍1h。電鍍后應使銅電極表面有一緊密的鍍層，取出銅電極，用蒸餾水淋洗，濾紙擦干后,仿鋅電極，吸入0.1000mol·L-1CuSO4溶液，制成銅半電池。第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六將飽和KCl溶液注入50mL小燒杯中作為鹽橋，得電池1：Zn|Zn2+(0.1000mol·L-1)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu電池2：Zn|Zn2+(0.1000mol·L-1)||KCl(飽和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)電池3：Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(飽和)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu電池4：Cu|Cu2+(0.0100mol·L-1)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu電池5：Zn|Zn2+(0.1000mol·L-1)||KCl(飽和)|AgCl(s)|Ag電池6：Ag|AgCl(s)|KCl(飽和)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu四、實驗步驟2、電池組合第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六四、實驗步驟3、電動勢測定

1）根據(jù)Nernst公式計算實驗溫度下電池1、2、3、4、5、6的電動勢理論值。2）正確接好測量電池1的線路。用SDC數(shù)字電位差計測量電池1的電動勢。每隔2分鐘測一次，共測三次。3）同法，用SDC數(shù)字電位差計測量電池2、3、4、5、6的電動勢，要測至平衡時為止。4）測量完畢后，倒去小燒杯的溶液，洗凈燒杯。飽和甘汞電極淋洗后，浸入飽和氯化鉀溶液中保存。第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

1、為使極化影響降到最小，測量前可初步估算被測電池的電動勢大小，以便在測量時能迅速找到平衡點。

2、測量電池電動勢時，在對消點前，測量回路有電流通過，在測量過程中不能使測量回路一直連通，應接通一下調一下，直至平衡。3、為判斷所測量的電動勢是否為平衡電勢，可在約15min內等間隔地測量7～8個數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平均值附近擺動，偏差小于±0.5mV，則可認為已達平衡，并取最后三個數(shù)據(jù)的平均值作為該電池的電動勢。五、注意事項4、鹽橋不能完全消除液接電勢，一般仍剩余1~2mV，所以測得結果只能準至mV。第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六五、注意事項

5、電極管裝液前，需要用少量的電解質溶液淋洗，以確保濃度的準確性，裝液后要檢查是否漏液和電路是否暢通，特別是電極的虹吸管內不能有氣泡。6、實驗結束后，應將電極管內溶液倒掉，以防止對電極腐蝕。

7、使用甘汞電極，要防止溶液倒流入甘汞電極中。甘汞電極和鹽橋中應保留少量氯化鉀晶體，使溶液處于飽和狀態(tài)。8、標準電池在搬動和使用時，不要使其傾斜和倒置，要放置平穩(wěn)。接線時正接正、負接負，兩極不允許短路。

第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六六、數(shù)據(jù)記錄和處理室溫:____________氣壓：____________數(shù)據(jù)記錄：電池電池反應電動勢測得值平均(1)(2)(3)Zn-Cu電池Cu的濃差電池Zn-甘汞電池甘汞-Cu電池Zn-銀/氯化銀電池銀/氯化銀-Cu電池第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六1、根據(jù)飽和甘汞電極的電極電勢溫度校正公式，計算實驗溫度下飽和甘汞電極的電極電勢：

2、根據(jù)測定的各電池的電動勢，分別計算銅、鋅電極的、、3、根據(jù)有關公式計算Cu-Zn電池的理論電動勢E理并與實驗值E實進行比較，計算電池的電動勢時，物質的濃度要用活度代替，活度系數(shù)由物化書P33頁表8.8中查找。六、數(shù)據(jù)記錄和處理第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六·

電極電極反應式α×103/(V?K-1)β×106/(V?K-2)/VCu2+，ZnCu2++2e-=Cu-0.016—0.3419Zn2+，Zn(Hg)(Hg)+Zn2++2e-=Zn(Hg)0.1000.62-0.7627

本實驗測得的是實驗溫度下的電極電勢和標準電極電勢，為了比較方便起見，(和附錄中所列出的比較)，可采用下式求出298K時的標準電極電勢，即式中α、β為電池中電極的溫度系數(shù)。對Cu-Zn電池來說：六、數(shù)據(jù)記錄和處理第17頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六七、思考題1、為什么不能用伏特計測量電池的電動勢？2、為何測電動勢要用對消法？對消法的原理是什么？3、測量電池電動勢為何要用鹽橋？選擇鹽橋中的電解質有什么要求？4、標準電池和工作電池有什么不同？