原電池電動勢的測定-3

在此處鍵入公式。原電池電動勢的測定一.實驗?zāi)康?測定電池的電動勢了解可逆電池,可逆電極,鹽橋等概念學(xué)會一些電極的制備和處理方法掌握電位差計的測量原理和使用方法二.實驗原理:電池由正,負(fù)兩極組成，電池放電過程中,正極起還原反應(yīng),負(fù)極起氧化反應(yīng),電池內(nèi)部可以發(fā)生其他反應(yīng)(如發(fā)生離子遷移),電池反應(yīng)是電池所有反應(yīng)的總和.電池除了可以用來作為電源外,還可以用它來研究構(gòu)成此電池的化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì).從化學(xué)熱力學(xué)知道,在恒溫,恒壓,可逆條件下，電池反應(yīng)有如下關(guān)系:(1)式中:是電池反應(yīng)的自由能量,F是法拉第常數(shù)(等于96500庫侖).n是參與反應(yīng)的克當(dāng)量數(shù),E是電池的電動勢.所以測定出該電池的電動勢E后,便可求出,通過又可求出其他熱力學(xué)函數(shù).但必須注意,只有在恒溫,恒壓可逆條件下,(1)式才能成立.這就要求電池反映本身是可逆的,即要求電池電極也是可逆的，并且不存在任何不可逆的液接界.另外,電池還必須在可逆情況下工作，即放電和充電過程都必須在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下進(jìn)行,此時只有無限小的電流通過電池.因此在用電化學(xué)方法研究化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)時所設(shè)計的電池應(yīng)盡量避免出現(xiàn)液接界.在精度要求不高的測量中,出現(xiàn)也接界電位時,常用“鹽橋”來減小。所謂“鹽橋”，是指一種正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類溶液所構(gòu)成的橋，由來連接原來產(chǎn)生顯著接界電位的兩個液體，從而使其彼此不直接接界。如圖1（a）,(b)。常用的鹽橋有（3M或飽和），，等。不過，用了鹽橋后，液接界電位一般仍在毫伏數(shù)量級，在精確測量中，還是不能滿足要求。在進(jìn)行電池電動勢測量時，為了使電池反應(yīng)在接近熱力學(xué)可逆條件下進(jìn)行，所以不能用伏特表來測量，要用電位差計來測量。電位差計的測量原理和方法參閱后面附錄。原電池的電動勢主要有兩個電極的電極電位的代數(shù)和，如能測知兩個電極的電位，就可計算得到有他們組成的電池的電動勢。由（1）式，可推導(dǎo)出電池的電動勢以及電池電位的表達(dá)式。下面以銅--------鋅電池為例進(jìn)行分析。負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：總電池反應(yīng)：反應(yīng)的自由能變化為（2）純固體的活度等于1（3）代入上式（4）因為代入，得電池的電動勢與活度的關(guān)系式：（5）式中為溶液中鋅離子的活度和銅離子的活度均等于1時的電池的電動勢。電池的反應(yīng)由兩個電極的反應(yīng)組成。因此電動勢表達(dá)式也可以分成兩項電極電位之差。若設(shè)正電極的電位為，負(fù)極電位，對銅-------鋅電池而言式中為銅電極和鋅電極分別與其活度為1的和離子達(dá)成平衡時電極電位，當(dāng)溫度處于25攝氏度時即稱為該電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位（參見附錄）。在電化學(xué)中，電極電位的絕對值至今還午法測定，而是以某一電極的惦記電位作為零標(biāo)準(zhǔn)。然后將其他的電極與他組成電池，測定其間的電動勢，則該電動勢既為該被測電極的電極電位。被測電極在電池中的正負(fù)，極性，可由它在零標(biāo)準(zhǔn)電極兩者的還原電位比較而定。通常將氫電極在氫氣壓力為1大氣壓，溶液中為1時的電極電位規(guī)定為零（稱為標(biāo)準(zhǔn)氫電極），然后與其他被測電極進(jìn)行比較。由于使用氫電極不方便，一般常取另外一些制備工藝簡單，易于復(fù)制，電位穩(wěn)定的電極作為參比電極來代替氫電極。常用的常用的有甘汞電極，氯化銀電極等。這些電極與標(biāo)準(zhǔn)氫惦電極比較而得到的電位已精確測出，見后面附錄。本實驗要求制備鋅電極，銅電極，將他們組成電池，測量其電動勢。三.儀器和試劑:電位差計1臺;檢流計1臺;

標(biāo)準(zhǔn)電池一臺;甲電池3節(jié);

銅電極一支

鋅電極1支；電極管2支；

50毫升燒杯1支；飽和KCl溶液

0.1000MZnSO4溶液；0.1000MCuSO4溶液；

甘汞電極1個；電極架3支；

10毫升針筒或吸氣瓶1只；變壓器0.5千瓦1臺；

6安培12伏特整流器1臺；硝酸亞汞溶液或純金屬汞；

銅棒或銅片（鍍銅用的陽極）1只；0-25-50毫安表1只

鍍銅溶液（125克/升，25克/升，乙醇50毫升/升）。四．實驗步驟：（一）電極制備1.鋅電極用稀硫酸浸洗鋅的氧化層，然后用水洗滌，在加蒸餾水淋洗，然后浸入飽和硝酸亞汞溶液3----5秒（或在金屬汞中浸片刻），取出后用濾紙擦拭鋅電極，使鋅電極表面有一層均勻的汞齊。再用蒸餾水洗凈（汞有劇毒，用過的濾紙應(yīng)投入指定的有蓋的廣口瓶中，瓶中應(yīng)有水淹沒濾紙，不要隨便亂丟）。把處理好的鋅電極插入清潔的電極管內(nèi)并塞緊，將電極管的虹吸管口浸入盛有0.1000M溶液的水燒瓶內(nèi)，用針筒或吸氣球自支管抽氣，將溶液吸入電極管至浸沒電極略高一點(diǎn)，停止抽氣，旋緊活夾。電極的虹吸管內(nèi)（包括管口）不可有氣泡，也不能有漏夜現(xiàn)象。2.電極將銅電極在稀硝酸（約6M）內(nèi)浸洗，取出后沖洗干凈，用蒸餾水淋洗，作陰極用。另取一支銅棒做陽極，在鍍銅溶液內(nèi)，進(jìn)行電鍍，其裝置如圖2所式。電鍍條件：電流密度控制在20毫安/平方厘米左右，電鍍約15分鐘，使表面上有一緊密的鍍層。電鍍后，將銅電極取出，用蒸餾水淋洗，插入電極管內(nèi)，同上法吸入1.1000M的溶液。3.電池的組合將飽和溶液注入50毫升的小燒杯中，制成鹽橋，再將上面制備的鋅電極和銅電極以鹽橋連接起來，即的電池裝置（如圖3）（二）電動勢的測定1.按電位差計接線圖，接好電動勢的測量電路。將電位差計轉(zhuǎn)換開關(guān)放到“斷”的位置，三個電計按鈕全部松開，然后將減流計，標(biāo)準(zhǔn)電池，被測電動勢，工作電池按“+”“-”接通。經(jīng)教師檢查后方可開始實驗。2.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的溫度校正公式：計算出室溫t時，標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的值，并調(diào)整電位差計的溫度補(bǔ)償盤。3.按室溫下標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢對電位差計的工作電流進(jìn)行標(biāo)定。4.分別測下列各電池的電動勢*實驗中應(yīng)特別注意：本實驗所用的電位差計為UJ25型，實驗前應(yīng)認(rèn)真閱讀講義，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，以免損壞精密貴重儀器。注意保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)電池，不可橫放，倒置及搖動，正負(fù)二極導(dǎo)線，不可相碰，以免短路，使用時，只能通過電鍵短暫的接通并迅速地找到平衡點(diǎn)。從電池管取出電極時，必須是電極管離開鹽橋，再拔除電極。否則會使電極管中的溶液進(jìn)入鹽橋，使鹽橋失效。五.數(shù)據(jù)處理：1.按公式（6），（7），（8）計算所測電池電動勢的理論值。計算時，物質(zhì)的濃度再用活度表示，如是離子的平均離子活度系數(shù)，濃度，，溫度，離子種類不同