原电池电动势的测定实验报告

一. 实验目标1测定Cu-Zn电池的电动势和Cu. Zn电极的电极电势.2学会几种电极的制备和处理办法.3控制数字电位差计的测量道理和精确的运用办法.二. 实验道理 电池由正.负南北极构成.电池在放电进程中,正极起还原反响,负极起氧化反响,电池内部还可以产生其它反响 ,电池反响是电池 中所有反响的总和.电池除可用来供给电能外,还可用它来研讨构成此电池的化学 反响的热力学性质.从化学热力学知道,在恒温.恒压.可逆前提下, 电池反响有以下关系：G 二-nFE |(9-1)式中鱼是电池反响的吉布斯自由能增量;n为电极反响中得掉电子 的数量;F为法拉第常数(其数值为96500|cmoi-11);E为电池的电 动势.所以测出该电池的电动势E后,进而又可求出其它热力学函 数.但必须留意,测定电池电动势时,起首请求电池反响本身是可逆 的,可逆电池应知足如下前提：(1) 电池反响可逆,亦即电池电极反响可逆;(2) 电池中不许可消失任何不成逆的液接界;(3) 电池必须在可逆的情形下工作,即充放电进程必须在均衡 态下进行,亦即许可经由过程电池的电流为无穷小.是以在制备可逆电池.测定可逆电池的电动势时应相符上述前 提,在精确度不高的测量中 ,经常运用正负离子迁徙数比较接近的 盐类构成“盐桥”来清除液接电位.在进行电池电动势测量时,为了使电池反响在接近热力学可逆电池反响的吉布斯T自由能变更值为：92)上述式中肓为尺度态时自由能的变更值；0为物资的活度，纯固体 物资的活度等于1,即厂厂可.而在标态时，丨1 CuZn1(93)式中闻为电池的尺度电动势.由(9-1 )至(9-1 )式可得：9-4)对于任一电池，其电动势等于两个电极电势之差值，其盘算式 为：a aCu 2 +皿:a 1CuZna a 1Cu 2 +Zn，则有:AG = AG - nFEnF aCuE7(95)111对铜-锌电池而言式中电势.对于单个离子,其活度是无法测定的 ,但强电解质的活度与物资的平均质量摩尔浓度和平均活度系数之间有以下关系：)R19 9一 石1n+Cu2 + ,Cu2 FaCu2十9Cu 2 + ,Cu和9e是当a a 1Cu 2 +Zn2+ R19-ln-Zn2 +, Zn2 FaZn，2 +时,铜电极和锌电极的尺度电极前提下进行,采取电位计测量.原电池电动势主如果两个电极的电 极电势的代数和,如能测定出两个电极的电势 ,就可盘算得到由它 们构成的电池的电动势 .由(9-1)式可推导出电池的电动势以及 电极电势的表达式 .下面以铜 -锌电池为例进行剖析 .电池暗示式 为：符号“丨”代表固相(Zn或Cu)和液相(mS可或Cuso)两 相界面；“H”代表连通两个液相的“盐桥”；冋和阳分离为阿 和|CuSO 41的质量摩尔浓度.当电池放电时,负极起氧化反响：Zn(s) = Zn2+ (a? ) + 2e 正极起还原反响：Cu 2+ (aCu 2 +)+ 2e 一 = Cu (s)Cu 2+-Zn2+电池总反响为：Zn( s) + Cu2 + (a ) = Zn2 + (a ) + Cu (s)a 丫 maZn? +-l-L日是离子的平均离子活度系数，其数值大小与物资浓度离子的 种类实验温度等因数有关.在电化学中,电极电势的绝对值至今无法测定 ,在现实测量中是以某一电极的电极电势作为零尺度,然后将其它的电极(被研讨 电极)与它构成电池,测量其间的电动势,则该电动势即为该被测 电极的电极电势.被测电极在电池中的正.负极性,可由它与零尺度电极两者的还原电势比较而肯定 .平日将氢电极在氢气压力为 101325pa,溶液中氢离子活度为1时的电极电势划定为零伏，即 e H+月2二0,称为尺度氢电极，然后与其它被测电极进行比较.因为氢电极运用便利，经常运用别的一些易制备.电极电势稳 固的电极作为参比电极，经常运用的参比电极有甘汞电极.以上所评论辩论的电池是在电池总反响中产生了化学变更，因 而被称为化学电池.还有一类电池叫做浓差电池，这种电池在净感 化进程中 ，仅仅是一种物资从高浓度（或高压力）状况向低浓度 （或低压力）状况转移，从而产生电动势，而这种电池的尺度电动 势产等于零伏.例如电池 |Cu（S） | Cu（O.OlOOOmol dm-3）| Cu（O.lOOOmol dm-3）| Cu（s）|就是浓 差电池的一种.电池电动势的测量工作必须在电池可逆前提下进行，必须指出， 电极电势的大小，不但与电极种类.溶液浓度有关，并且与温度有关. 本实验是在实验温度下测得的电极电势ET，由（9-6）式和（9-7） 式可盘算國.为了比较便利起见，可采取下式求出298K时的尺度电 极电势石.式中叵应为电极电势的温度系数.对于Cu-Zn电池来说：铜电极(Cu2+, Cu), a = -O.O16 X1O-3 V K-1, P = O锌电极Zn2+, Zn(Hg几 a = O.1OO x 1O-3 V K-1, P = O.62 x 1O-6 V K-2三. 仪器和试剂SDC-III电位差计1台;电镀装配1套；尺度电池1个;饱和甘汞电极 1 支; 电极管 2 支 ; 电极架 2 个 ;四. 实验步调镀铜溶液; 饱和硝酸亚汞（控制运用）; 硫酸锌（剖析纯）;铜.锌电极;硫酸铜（剖析纯）; 氯化钾（剖析纯）.1电极的制备（1）锌电极：将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡少焉，掏出洗净，再 浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约10s，概况上即生成一层光明的汞 齐，用水冲洗晾干后,拔出|mol kg一znSO4中待用.铜电极：将铜电极在6|mol dm-31的硝酸溶液中浸泡少焉，掏 出洗净，将铜电极置于电镀烧杯中作为阴极，另取一个经干净处理 的铜棒作阳极，进行电镀，电流密度控制在20|mA cm-2为宜.其电镀 装配如图9-1所示电镀半小时，使铜电极概况有一层平均的新颖 铜,洗净后放入%。八kgCuSO 41中备用.2电池组合将饱和KCl溶液注入50mL的小烧杯内，制盐桥,再将上面制备 的锌电极和铜电极J1Fy匚:*11*铜电极图9-1制备铜电极的电镀装配图9-2 Cu-Zn电池装配示意图置于小烧杯内，即成Cu-Zn电池： 电池装配如图9-2所示.同法构成下列电池： 3电动势的测定(1) 按照电位差计电路图，接好电动势测量线路.(2) 依据尺度电池的温度系数，盘算实验温度下的尺度电池电 动势.以此对电位差计进行标定.(3) 分离测定以上电池的电动势.五. 数据记载及处理1.将实验数据列表.V NaoH(mL)V HAc(mL)C HAc(mol/L)C HAc(mol/L)平 均瓶号活性炭重(g)肇端浓度 (mol/L)均衡浓度 (mol/L)吸附量 (mol/kg)|小唧123450,均衡浓度C及吸附量(mol kg-1). 盘算成果如上表.由I m 盘算吸附量.3吸附量对均衡浓度作等温线.r-c图，并求出匚和常数k.由直线斜率得:I可=心昨=-=-O4Q911由直线截距得：用盘算活性炭的比概况.成果与评论辩论1.比概况测定与哪些身分有关，为什么？a.测定固体比概况时所用溶液中溶质的浓度要选择恰当，即初 始溶液的浓度以及吸附均衡后的浓度都选择在适合的规模内.既要 防止初始浓渡过高导致消失多分子层吸附，又要防止均衡后的浓渡 过低使吸附达不到饱和.如次甲基蓝在活性炭上的吸附实验华夏始 溶液的浓度为2gdm-3阁下，均衡溶液的浓度不小于1mg dm-3.b. 按朗格谬尔吸附等温线的请求 ,溶液吸附必须在等温前提下 进行,使盛有样品的三角瓶置于恒温器中振荡,使之达到均衡.本实 验是在空气浴中将盛有样品的三角瓶置于振荡器上振荡.实验进程 中温度会有变更,如许会影响测定成果.2.因为实验酸碱滴定进程中 ,滴定的体积压在必定的误差 ,所以 导致实验成果 1 和 3 瓶所测得成果消失误差,故在酸碱滴定中须要 操纵规范,使实验成果更精准.六. 留意事项1制备电极时,防止将正负极接错,并严厉控制电镀电流.2甘汞电极运用时请将电极帽取下 ,用完后用氯化钾溶液浸 泡.七. 思虑题1电位差计.尺度电池各有什么感化?若何呵护及精确运用?2参比电极应具备什么前提?它有什么功用? 3若电池的极性接反了有什么效果?附录SDC -皿数字电位差计一. SDC-III数字电位差计的特色一体设计：将 UJ 系列电位差计.光电检流计.尺度电池等集成 一体,体积小,重量轻,便于携带.数字显示：电位差值七位显示,数值直不雅清楚.精确靠得住.表里基准：即可运用内部基准进行测量,又可外接尺度作基准 进行测量,运用便利灵巧.误差较小：保存电位差计测量功效,真实表现电位差计对检测 误差渺小的优势.机能靠得住：电路采取对称漂移抵消道理,战胜了元器件的温 漂和时漂,进步测量的精确度.二. 运用前提电源：220V10%;50Hz情形：温度-10C40C;湿度85%三. 运用办法1开机 用电源线将内心后面板的电源插座与 220V 电源衔接,打开 电源开关(ON),预热15分钟.2以内标或外标为基准进行测量(1) 将被测电动势按“+.-”极性与测量端子对应衔接好.(2) 采取“内标”校验时,将“测量选择”至于“内标”地位, 将 100 位旋置于 1,其余旋钮和抵偿旋钮逆时针旋到底,此时“电 位指标”显示为“”,待检零指导数值稳固后,按下“采零”键,此 时,检零指导应显示“0000”.(3) 采取“外标”校验时,将外标电池的“+.-”极性按极性与 “外标”端子接好 ,将“测量选择”置于“外标” ,调节“100 1 0-4”和抵偿电位器,使“电位指导”数值与外标电池数值雷同,待 “检零指导”数值稳固之后 ,按下“采零”键,此时“检零指导” 为“0000”.(4) 仪器用“内标”或“外标” ,校验完毕后将被测电动势按 “+.-”极性与“测量”端子接好,将“测量选择”置于“测量”, 将“抵偿”电位器逆时针旋到底，调节“10010-4”五个旋钮，使 “检零指导”为“ -” ,且绝对值最小时 ,再调节抵偿电位器 ,使 “检零指导”为“ 0000”，此时，“电位指导”数值即为被测电动 势的大小.3关机：起首封闭电源开关(OFF),然后拔下电源线.四. 留意事项1置于通风.湿润.无腐化性气体的场合. 2不宜放置在高温情形，防止接近发烧源如电暖气或炉子等. 3为了包管内心工作正常，请勿打开机盖进行检修，更不许可 调剂和改换元件，不然将无法包管内心测量的精确度.4若波段开关旋纽松动或旋纽指导错位，可打开旋纽盖，用备 用呆扳手瞄准槽口拧紧即可.