實(shí)驗(yàn)七十九原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)七十九原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用第1頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)七十九原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用1、什么是原電池的電動(dòng)勢(shì)？2、能否用伏特計(jì)測(cè)定原電池的電動(dòng)勢(shì)？為什么？3、簡(jiǎn)述電位差計(jì)的工作原理，即對(duì)消法的測(cè)量原理。4、什么是電極電勢(shì)？5、簡(jiǎn)述銅電極電勢(shì)測(cè)定的基本原理。6、銅電極制備時(shí)為何要電鍍銅？7、鋅電極制備時(shí)為什么要使鋅汞齊化？8、電動(dòng)勢(shì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，原電池的電極接反會(huì)有什么結(jié)果？9、電動(dòng)勢(shì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，Ex、En、Ew中任一不通（斷路）會(huì)有什么結(jié)果？10、鹽橋的作用是什么？選擇鹽橋液應(yīng)注意什么問(wèn)題？11、制備電極時(shí)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(cè)量的電動(dòng)勢(shì)為平衡電勢(shì)？預(yù)習(xí)提問(wèn)第2頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）掌握電位差計(jì)的測(cè)量原理和正確使用方法。（2）學(xué)會(huì)一些電極的制備和處理方法。（3）測(cè)定Cu-Zn電池的電動(dòng)勢(shì)和Cu、Zn電極的電極電勢(shì)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算實(shí)驗(yàn)可測(cè)的值在恒溫恒壓可逆條件下二、實(shí)驗(yàn)原理1、原電池電動(dòng)勢(shì)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系第4頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電池電動(dòng)勢(shì)是通過(guò)原電池電流為零(電池反應(yīng)達(dá)平衡)時(shí)的電池電勢(shì)，用E表示，單位為伏特。由于電動(dòng)勢(shì)的存在，當(dāng)外接負(fù)載時(shí)，原電池就可對(duì)外輸出電功。2、原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定

電池與伏特計(jì)接通后有電流通過(guò)，在電池兩極上會(huì)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(jì)所量得的僅是不可逆電池的端電壓。因此電池電動(dòng)勢(shì)不能直接用伏特計(jì)來(lái)測(cè)定。

利用電位差計(jì)可在電池?zé)o電流（或極小電流）通過(guò)時(shí)測(cè)得其兩極間的電勢(shì)差，即為該電池的平衡電動(dòng)勢(shì)。能否用伏特計(jì)來(lái)測(cè)量E？二、實(shí)驗(yàn)原理第5頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電位差計(jì)是根據(jù)補(bǔ)償法(或稱(chēng)對(duì)消法)測(cè)量原理設(shè)計(jì)的一種平衡式電壓測(cè)量?jī)x器。其工作原理是在待測(cè)電池上并聯(lián)一個(gè)大小相等，方向相反的外加電勢(shì)，這樣待測(cè)電池中就沒(méi)有電流通過(guò)，外加電勢(shì)差的大小就等于待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示。二、實(shí)驗(yàn)原理Ew——工作電源；En——標(biāo)準(zhǔn)電池；EX——待測(cè)電池；r——調(diào)節(jié)電阻；RX——待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償電阻；Rn——標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償電阻；K——轉(zhuǎn)換電鍵；G——檢流計(jì)第6頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）校準(zhǔn)工作電流IW二、實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，電位差計(jì)有工作、標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量三條回路。

開(kāi)關(guān)K打向1，預(yù)先調(diào)好標(biāo)準(zhǔn)回路中的標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn，調(diào)節(jié)工作回路的電阻r至檢流計(jì)無(wú)電流通過(guò)，工作電流IW就已被確定。第7頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）測(cè)量未知電池電動(dòng)勢(shì)EW二、實(shí)驗(yàn)原理

開(kāi)關(guān)K打向2，調(diào)節(jié)測(cè)量回路的電阻RX至檢流計(jì)無(wú)電流通過(guò)，此時(shí)IRX與被測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)對(duì)消。如圖所示，電位差計(jì)有工作、標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量三條回路。第8頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)驗(yàn)只能測(cè)得兩個(gè)電極構(gòu)成的電池的電動(dòng)勢(shì)E，而無(wú)法測(cè)得單個(gè)電極的電極電勢(shì)φ。若選定一個(gè)電極作為標(biāo)準(zhǔn)，使其與任意其它電極組成電池，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)，就可得出各電極的相對(duì)電極電勢(shì)φ

。3、電極電勢(shì)的測(cè)定二、實(shí)驗(yàn)原理規(guī)定：1）標(biāo)準(zhǔn)氫電極用鍍鉑黑的金屬鉑導(dǎo)電第9頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)極，氧化（-）陰極，還原（+）電池凈反應(yīng)2）氫標(biāo)還原電極電勢(shì)二、實(shí)驗(yàn)原理

以標(biāo)準(zhǔn)氫電極作陽(yáng)極即負(fù)極；而將待測(cè)電極作陰極即正極，組成原電池，然后用電位差計(jì)測(cè)量該電池的電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)數(shù)值和符號(hào)就是待測(cè)電極的氫標(biāo)還原電極電勢(shì)的數(shù)值和符號(hào)。第10頁(yè)，課件共34頁(yè)，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(zhǔn)電極測(cè)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，精確度很高。一般情況下可達(dá)1×10-6V。但氫電極的使用條件要求嚴(yán)格，且制備和純化比較復(fù)雜，所以在實(shí)際應(yīng)用中常采用有確定電極電勢(shì)的甘汞電極作二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電極。3）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電極——甘汞電極

優(yōu)點(diǎn)：電極電勢(shì)穩(wěn)定，容易制備，使用方便。電極電勢(shì)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(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）儀器（2）試劑SDC數(shù)字電位差計(jì)1臺(tái)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(gè)電鍍裝置1套250mL燒杯 1個(gè)50mL小燒杯4個(gè)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(shí)驗(yàn)儀器與試劑第12頁(yè)，課件共34頁(yè)，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(jī)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(shí)驗(yàn)步驟第13頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電極制備注意事項(xiàng)：控制原則：鍍層呈粉紅色、有金屬光澤5）電鍍電流密度及時(shí)間的控制4）注意避免新鮮表面被空氣氧化3）各實(shí)驗(yàn)步驟間注意用自來(lái)水及去離子水清洗2）時(shí)間控制:酸洗時(shí)間、汞齊化時(shí)間1）手指不要觸摸電極第14頁(yè)，課件共34頁(yè)，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(shí)驗(yàn)步驟第15頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第16頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第17頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、實(shí)驗(yàn)步驟3、電動(dòng)勢(shì)測(cè)定

1）根據(jù)Nernst公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)溫度下電池1、2、3、4的電動(dòng)勢(shì)理論值。2）正確接好測(cè)量電池1的線(xiàn)路。用SDC數(shù)字電位差計(jì)測(cè)量電池1的電動(dòng)勢(shì)。每隔2分鐘測(cè)一次，共測(cè)三次，偏差小于±0.5mV，可認(rèn)為已達(dá)平衡，其平均值就為該電池的電動(dòng)勢(shì)。3）同法，用SDC數(shù)字電位差計(jì)測(cè)量電池2、3、4的電動(dòng)勢(shì)，要測(cè)至平衡時(shí)為止。4）測(cè)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(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）為使極化影響降到最小，測(cè)量前可初步估算被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)大小，以便在測(cè)量時(shí)能迅速找到平衡點(diǎn)。（2）測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)時(shí)，在對(duì)消點(diǎn)前，測(cè)量回路有電流通過(guò)，在測(cè)量過(guò)程中不能使測(cè)量回路一直連通，應(yīng)接通一下調(diào)一下，直至平衡。（3）為判斷所測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)是否為平衡電勢(shì)，可在約15min內(nèi)等間隔地測(cè)量7～8個(gè)數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平均值附近擺動(dòng)，偏差小于±0.5mV，則可認(rèn)為已達(dá)平衡，并取最后三個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為該電池的電動(dòng)勢(shì)。五、注意事項(xiàng)（4）鹽橋不能完全消除液接電勢(shì)，一般仍剩余1~2mV，所以測(cè)得結(jié)果只能準(zhǔn)至mV。第19頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、注意事項(xiàng)（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(zhǔn)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(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將電極管內(nèi)溶液倒掉，以防止對(duì)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(yīng)保留少量氯化鉀晶體，使溶液處于飽和狀態(tài)。（8）標(biāo)準(zhǔn)電池在搬動(dòng)和使用時(shí)，不要使其傾斜和倒置，要放置平穩(wěn)。接線(xiàn)時(shí)正接正、負(fù)接負(fù)，兩極不允許短路。第20頁(yè)，課件共34頁(yè)，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(yīng)電動(dòng)勢(shì)（實(shí)驗(yàn)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(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）根據(jù)飽和甘汞電極的電極電勢(shì)溫度校正公式，計(jì)算實(shí)驗(yàn)溫度下飽和甘汞電極的電極電勢(shì)：（2）根據(jù)測(cè)定的各電池的電動(dòng)勢(shì)，分別計(jì)算銅、鋅電極的，并與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較，求出相對(duì)誤差。、（3）從附表中查出25℃銅電極和鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)、溫度系數(shù)及活度系數(shù)，由此計(jì)算室溫下銅、鋅的電極電勢(shì)，再計(jì)算各原電池的理論電動(dòng)勢(shì)E理，與實(shí)驗(yàn)值E實(shí)進(jìn)行比較，求出相對(duì)誤差。

六、數(shù)據(jù)記錄和處理（4）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。第22頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月待測(cè)原電池E實(shí)（V）E理（V）相對(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果第23頁(yè)，課件共34頁(yè)，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(shì)溫度校正公式六、數(shù)據(jù)記錄和處理第24頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、思考題（1）在用電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)過(guò)程中，如果測(cè)量過(guò)程中，檢零指示呈溢出符號(hào)，試從接線(xiàn)上分析可能是什么原因？（2）用Zn(Hg)與Cu組成電池時(shí)，有人認(rèn)為鋅表面有汞，因而銅應(yīng)為負(fù)極，汞為正極。請(qǐng)分析此結(jié)論是否正確?（3）選擇“鹽橋”液應(yīng)注意什么問(wèn)題?第25頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電能

化學(xué)能電解池原電池電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過(guò)程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué)。原電池和電解池八、補(bǔ)充知識(shí)第26頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)極陰極原電池負(fù)極正極電解池正極負(fù)極正極——電勢(shì)高的電極，電流從正極流向負(fù)極。負(fù)極——電勢(shì)低的電極，電子從負(fù)極流向正極。陽(yáng)極——發(fā)生氧化作用的電極，陰（負(fù)）離子向陽(yáng)極遷移。陰極——發(fā)生還原作用的電極，陽(yáng)（正）離子向陰極遷移。在電解池中正極為陽(yáng)極，負(fù)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(gè)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(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、原電池如何把化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電能？1）該化學(xué)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，或包含有氧化還原的過(guò)程；2）有適當(dāng)?shù)难b置，使化學(xué)反應(yīng)分別通過(guò)在電極上的反應(yīng)來(lái)完成；3）有兩個(gè)電極和與電極建立電化學(xué)平衡的相應(yīng)電解質(zhì)；4）有其他附屬設(shè)備，組成一個(gè)完整的電路。第28頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）電化學(xué)反應(yīng)可逆，充（電解池）、放（原電池）電時(shí),電池(極)反應(yīng)必須正好相反。（物質(zhì)轉(zhuǎn)化可逆）2）能量可逆，工作時(shí)I→0，電池(極)反應(yīng)處于電化學(xué)平衡。（能量轉(zhuǎn)化可逆）3）電池中無(wú)其它過(guò)程不可逆過(guò)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(guò)程：體系經(jīng)過(guò)某一過(guò)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(fù)到原來(lái)的狀態(tài)而未留下任何永久性的變化，則該過(guò)程稱(chēng)為熱力學(xué)可逆過(guò)程。否則為不可逆過(guò)程。嚴(yán)格地說(shuō)，只有單液電池才可能成為可逆電池。凡是具有兩個(gè)不同電解質(zhì)溶液接界的電池都是熱力學(xué)不可逆的，在兩電解質(zhì)溶液間插入鹽橋，則可近似地當(dāng)作可逆電池來(lái)處理。第29頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放電時(shí):Zn(陰)：Zn2++2e-→ZnCu(陽(yáng))：Cu→Cu2++2e-電池反應(yīng)：Zn2++Cu→Zn+Cu2+Zn(-)：Zn→Zn2++2e-Cu(+)：Cu2++2e-→Cu電池反應(yīng)：Zn+Cu2+→Zn2++Cu充電時(shí):4、丹尼爾（Daniel）電池是否可逆A+-ZnCuZnSO4CuSO4AVZnCuZnSO4CuSO4+-嚴(yán)格地說(shuō)，只有單液電池才可能成為可逆電池。凡是具有兩個(gè)不同電解質(zhì)溶液接界的電池都是熱力學(xué)不可逆的，在兩電解質(zhì)溶液間插入鹽橋，則可近似地當(dāng)作可逆電池來(lái)處理。第30頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電池反應(yīng)：(-)Cd(Hg)→Cd2++Hg(l)+2e-(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42-凈反應(yīng)：