實(shí)驗(yàn)六十七原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（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)。,二、實(shí)驗(yàn)原理,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。,1、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

2、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)不能直接用伏特表來(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 ？,,電位差計(jì)是根據(jù)補(bǔ)償法(或稱對(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、

3、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),,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。,,,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)

4、節(jié)測(cè)量回路的電阻RK至檢流計(jì)無(wú)電流通過(guò)，此時(shí)I RK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。,電池電動(dòng)勢(shì) E池 ＝ ?＋ － ?－,電化學(xué)中電極電勢(shì)的絕對(duì)值無(wú)法測(cè)定，只能使某電極的電極電勢(shì)為標(biāo)準(zhǔn)求出其相對(duì)值。本實(shí)驗(yàn)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(yīng)：Hg2Cl2(s) + 2e = 2Hg(l) + 2Cl-,將甘汞電極與待測(cè)電極組成原

5、電池，由甘汞電極的電極電勢(shì)及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的電池電動(dòng)勢(shì)就可計(jì)算出電極電勢(shì)。,2、電極電勢(shì)的測(cè)定,二、實(shí)驗(yàn)原理,還原電極電勢(shì)：,三、儀器與試劑,,,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

6、管 3個(gè)電鍍裝置 1套 250 mL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6 mol·L-l硫酸溶液6 mol·L-l硝酸溶液飽和硝酸亞汞溶液鍍銅溶液

7、飽和氯化鉀溶液,四、實(shí)驗(yàn)步驟,1、電極制備,1）鋅電極 用6 mol·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(nèi)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?yuàn)A，電極的虹吸

8、管內(nèi)(包括管口)不可有氣泡，也不能有漏液現(xiàn)象。,四、實(shí)驗(yàn)步驟,1、電極制備,2）銅電極 將銅電極在6 mol·L-l硝酸內(nèi)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(yáng)極，在鍍銅溶液內(nèi)進(jìn)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(yīng)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-

9、1CuSO4溶液，制成銅半電池。,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

10、電池4：Cu | Cu 2+(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(shí)驗(yàn)步驟,2、電池組合,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

11、電池1、2、3、4、5、6的電動(dòng)勢(shì)理論值。 2）正確接好測(cè)量電池1的線路。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。 3）同法，用SDC數(shù)字電位差計(jì)測(cè)量電池2、3、4、5、6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。飽和甘汞電極淋洗后，浸入飽和氯化鉀溶液中保存。,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

12、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15 min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±0.5 mV，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

13、只能準(zhǔn)至mV。,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)。接線時(shí)正接正、負(fù)

14、接負(fù)，兩極不允許短路。,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,室溫:____________氣壓：____________數(shù)據(jù)記錄：,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,、,、,3、根據(jù)有關(guān)公式計(jì)算Cu-Zn電池的理論電動(dòng)勢(shì)E理并與實(shí)驗(yàn)值E實(shí)進(jìn)行比較，計(jì)算電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，物質(zhì)的濃度要用活度代替，活度系數(shù)由物化書(shū)P33頁(yè)表8.8中查找 。,六、數(shù)據(jù)記錄和

15、處理,,,,,·,,本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的是實(shí)驗(yàn)溫度下的電極電勢(shì)和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，為了比較方便起見(jiàn)，(和附錄中所列出的比較)，可采用下式求出298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，即,式中α、β為電池中電極的溫度系數(shù)。對(duì)Cu-Zn電池來(lái)說(shuō)：,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,精品課件！,精品課件！,七、思考題,1、為什么不能用伏特計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)？2、為何測(cè)電動(dòng)勢(shì)要用對(duì)消法？對(duì)消法的原理是什么？3、測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)為何要用鹽橋？選擇鹽橋中的電解質(zhì)有什么要求？