實驗七十九原電池電動勢的測定及其應用

實驗七十九原電池電動勢的測定及其應用第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗七十九原電池電動勢的測定及其應用1、什么是原電池的電動勢？2、能否用伏特計測定原電池的電動勢？為什么？3、簡述電位差計的工作原理，即對消法的測量原理。4、什么是電極電勢？5、簡述銅電極電勢測定的基本原理。6、銅電極制備時為何要電鍍銅？7、鋅電極制備時為什么要使鋅汞齊化？8、電動勢測定實驗中，原電池的電極接反會有什么結(jié)果？9、電動勢測定實驗中，Ex、En、Ew中任一不通（斷路）會有什么結(jié)果？10、鹽橋的作用是什么？選擇鹽橋液應注意什么問題？11、制備電極時為什么電極的虹吸管內(nèi)（包括管口）不能有氣泡？12、如何判斷所測量的電動勢為平衡電勢？預習提問第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（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。一、實驗目的第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月計算實驗可測的值在恒溫恒壓可逆條件下二、實驗原理1、原電池電動勢與熱力學函數(shù)的關(guān)系第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

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。2、原電池電動勢的測定

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(nèi)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計來測定。

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？二、實驗原理第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

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(diào)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(zhuǎn)換電鍵；G——檢流計第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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(guān)K打向1，預先調(diào)好標準回路中的標準電阻Rn，調(diào)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7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2）測量未知電池電動勢EW二、實驗原理

開關(guān)K打向2，調(diào)節(jié)測量回路的電阻RX至檢流計無電流通過，此時IRX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8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

實驗只能測得兩個電極構(gòu)成的電池的電動勢E，而無法測得單個電極的電極電勢φ。若選定一個電極作為標準，使其與任意其它電極組成電池，測其電動勢，就可得出各電極的相對電極電勢φ

。3、電極電勢的測定二、實驗原理規(guī)定：1）標準氫電極用鍍鉑黑的金屬鉑導電第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月陽極，氧化（-）陰極，還原（+）電池凈反應2）氫標還原電極電勢二、實驗原理

以標準氫電極作陽極即負極；而將待測電極作陰極即正極，組成原電池，然后用電位差計測量該電池的電動勢，這個數(shù)值和符號就是待測電極的氫標還原電極電勢的數(shù)值和符號。第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1 0.33371.0 0.2801飽和 0.2412以氫電極為基準電極測電動勢時，精確度很高。一般情況下可達1×10-6V。但氫電極的使用條件要求嚴格，且制備和純化比較復雜，所以在實際應用中常采用有確定電極電勢的甘汞電極作二級標準電極。3）二級標準電極——甘汞電極

優(yōu)點：電極電勢穩(wěn)定，容易制備，使用方便。電極電勢穩(wěn)定，受干擾小。且飽和KCl溶液可以起到鹽橋的作用。第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（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三、實驗儀器與試劑第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月電鍍表面氧化層的去除表面修飾去油機械打磨酸洗銅電極

HNO3鋅電極

H2SO4汞齊化電極的制備方法銅電極鋅電極1、電極制備四、實驗步驟第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月電極制備注意事項：控制原則：鍍層呈粉紅色、有金屬光澤5）電鍍電流密度及時間的控制4）注意避免新鮮表面被空氣氧化3）各實驗步驟間注意用自來水及去離子水清洗2）時間控制:酸洗時間、汞齊化時間1）手指不要觸摸電極第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月將飽和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)|Cu2、電池組合四、實驗步驟第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月四、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，偏差小于±0.5mV，可認為已達平衡，其平均值就為該電池的電動勢。3）同法，用SDC數(shù)字電位差計測量電池2、3、4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。飽和甘汞電極用去離子水淋洗后，浸入飽和氯化鉀溶液中保存。第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（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(diào)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(nèi)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(jié)果只能準至mV。第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月五、注意事項（5）電極管裝液前，需要用少量的電解質(zhì)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(nèi)不能有氣泡。（6）實驗結(jié)束后，應將電極管內(nèi)溶液倒掉，以防止對電極腐蝕。（7）使用飽和甘汞電極，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20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月六、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（實驗值）/V平均值/V(1)(2)(3)Zn-Cu電池Cu濃差電池Zn-甘汞電池甘汞-Cu電池第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（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，并與文獻值進行比較，求出相對誤差。、（3）從附表中查出25℃銅電極和鋅電極的標準電極電勢、溫度系數(shù)及活度系數(shù)，由此計算室溫下銅、鋅的電極電勢，再計算各原電池的理論電動勢E理，與實驗值E實進行比較，求出相對誤差。

六、數(shù)據(jù)記錄和處理（4）對實驗結(jié)果進行分析討論。第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月待測原電池E實（V）E理（V）相對誤差Cu-Zn電池Cu濃差電池甘汞-Zn電池Cu-甘汞電池六、數(shù)據(jù)記錄和處理表2實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月附表：

m(mol·kg－1)γ±0.010.10CuSO40.400.150ZnSO40.3870.150銅電極：鋅電極：電極電勢溫度校正公式六、數(shù)據(jù)記錄和處理第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月七、思考題（1）在用電位差計測量電動勢過程中，如果測量過程中，檢零指示呈溢出符號，試從接線上分析可能是什么原因？（2）用Zn(Hg)與Cu組成電池時，有人認為鋅表面有汞，因而銅應為負極，汞為正極。請分析此結(jié)論是否正確?（3）選擇“鹽橋”液應注意什么問題?第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月電能

化學能電解池原電池電化學主要是研究電能和化學能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)規(guī)律的科學。原電池和電解池八、補充知識第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月陽極陰極原電池負極正極電解池正極負極正極——電勢高的電極，電流從正極流向負極。負極——電勢低的電極，電子從負極流向正極。陽極——發(fā)生氧化作用的電極，陰（負）離子向陽極遷移。陰極——發(fā)生還原作用的電極，陽（正）離子向陰極遷移。在電解池中正極為陽極，負極為陰極；在原電池中則相反原電池和電解池統(tǒng)都包含有至少兩個電極和電解質(zhì)（水溶液、非水溶液、熔鹽或固體電解質(zhì)）原電池電解池1、基本概念第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2、原電池如何把化學反應轉(zhuǎn)變成電能？1）該化學反應是氧化還原反應，或包含有氧化還原的過程；2）有適當?shù)难b置，使化學反應分別通過在電極上的反應來完成；3）有兩個電極和與電極建立電化學平衡的相應電解質(zhì)；4）有其他附屬設備，組成一個完整的電路。第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月1）電化學反應可逆，充（電解池）、放（原電池）電時,電池(極)反應必須正好相反。（物質(zhì)轉(zhuǎn)化可逆）2）能量可逆，工作時I→0，電池(極)反應處于電化學平衡。（能量轉(zhuǎn)化可逆）3）電池中無其它過程不可逆過程。組成可逆電池的必要條件：3、組成可逆電池的必要條件可逆過程：體系經(jīng)過某一過程從狀態(tài)（1）變到狀態(tài)（2）之后，如果能使體系和環(huán)境都恢復到原來的狀態(tài)而未留下任何永久性的變化，則該過程稱為熱力學可逆過程。否則為不可逆過程。嚴格地說，只有單液電池才可能成為可逆電池。凡是具有兩個不同電解質(zhì)溶液接界的電池都是熱力學不可逆的，在兩電解質(zhì)溶液間插入鹽橋，則可近似地當作可逆電池來處理。第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月放電時:Zn(陰)：Zn2++2e-→ZnCu(陽)：Cu→Cu2++2e-電池反應：Zn2++Cu→Zn+Cu2+Zn(-)：Zn→Zn2++2e-Cu(+)：Cu2++2e-→Cu電池反應：Zn+Cu2+→Zn2++Cu充電時:4、丹尼爾（Daniel）電池是否可逆A+-ZnCuZnSO4CuSO4AVZnCuZnSO4CuSO4+-嚴格地說，只有單液電池才可能成為可逆電池。凡是具有兩個不同電解質(zhì)溶液接界的電池都是熱力學不可逆的，在兩電解質(zhì)溶液間插入鹽橋，則可近似地當作可逆電池來處理。第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月電池反應：(-)Cd(Hg)→Cd2++Hg(l)+2e-(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42-凈反應：