大学物理化学实验报告-原电池电动势的测定.doc

物理化学实验报告院系 化学化工学院 班级 化学 061 学号 13 姓名 沈建明 实验名称 ： 原电池电动势的测定 日期 2009.03.26 同组者姓名 史黄亮 室温 16.84 气压 101.7 kPa 成绩 一、目的和要求1.学会一些电极的制备和处理方法；2.掌握对消法测定电池电动势及电极电势的原理和方法；3.熟悉数字式电子电位差计的工作原理和正确的使用方法。二、基本原理测定电池电动势必须要求电池反应本身是可逆的，即电池必须在可逆的情况下工作，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此根据对消法原理（在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池）设计了一种电位差计，以满足测量工作的需要。T温度下的电极电势T=T-(RT/2F)*ln(1/a); a= r*m (r参见附录表V-5-30) T=298+(T-298)+0.5(T-298)2 ，为电池电极的温度系数： 铜电极(Cu2+/Cu)，=-0.000016 V/K，=0 锌电极Zn2+/Zn(Hg)，=0.0001 V/K，=0.62*10-6 V/K三、仪器、试剂SDC-数字电位差综合测试仪、YJ56电镀仪毫安表、饱和甘汞电极、U型玻璃管等；0.1000mol/L CuSO4溶液、0.0100mol/L CuSO4溶液、0.1000mol/L ZnSO4溶液、Hg2Cl2溶液、饱和KCl溶液、琼脂、氯化钾(A.R.)、 铜片、锌片等。四、实验步骤、电极制备. 铜电极 取2片铜片，用沙皮纸将其表面打磨干净，再放入稀硝酸溶液中处理片刻，用蒸馏水冲洗干净； 将处理后的铜片放入电镀液(0.1000mol/L CuSO4溶液)中,与电源的负极相连，电源的正极与另一片铜片相连，回路中连有一只毫安表，调节电镀装置使毫安表的读数为40左右，电镀约1h；. 锌电极 取一片锌片，用沙皮纸将其表面的氧化物打磨去除，放入稀硫酸溶液中片刻，使其表面氧化物进一步反应完全； 用蒸馏水冲洗锌片后，将其放入Hg2Cl2溶液约6秒钟，使其表面汞齐化； 取出后再用蒸馏水淋洗，用纸吸干表面的水，放入0.1000 mol/L ZnSO4溶液中备用；、制盐桥 在100ml烧杯中加入适量蒸馏水，用电磁炉煮沸； 称取12g琼脂和20g纯KCl，加入沸水中 待固体完全溶解至溶液成浆糊状时，用胶头滴管将液体注入U型玻璃管中，注满且没有气泡； 冷却后即为盐桥；、测定各组电池的电动势a. (-) ZnZnSO4(0.1000mol/L)KCl(饱和)Hg2Cl2Hg (+)b. (-) ZnZnSO4(0.1000mol/L)KCl(饱和)AgClAg (+)c. (-) HgHg2Cl2KCl(饱和) CuSO4(0.1000mol/L) C u (+)d. (-) AgAgClKCl(饱和) CuSO4(0.1000mol/L) Cu (+)e. (-) ZnZnSO4(0.1000mol/L)CuSO4(0.1000mol/L) Cu (+)f. (-) CuCuSO4(0.0100mol/L) CuSO4(0.1000mol/L) Cu (+) 打开数字式电位差计的电源，打到内标档，各旋钮打至0处，按下归零按钮； 切换到测量档，将以上电池的正负极对应数字式电位差计的正负极连接好； 调整各旋钮，使右侧显示值为零(有时需要等待片刻至数值稳定)，此时左侧显示的数值即被测电池的电动势； 依次测定6组电池的电动势并记录下数据。五、原始数据组别被 测 电 池 组E1/VE2/VE3/VE平均/V(1)(-) ZnZnSO4(0.1000mol/L)KCl(饱和)Hg2Cl2Hg (+)1.061601.061481.061531.06154(2)(-) Hg | Hg2Cl2 | KCl(饱和) | Cu2+(0.10molL-1) | Cu (+)0.037830.037640.037590.03769(3)(-) Zn |Zn2+(0.10molL-1) | Cu2+(0.10molL-1) | Cu (+)1.093621.094101.094341.09402(4)(-) Cu | Cu2+(0.010molL-1) | Cu2+(0.10molL-1) | Cu (+)0.022660.022650.022640.02265六、数据处理在实验温度下，饱和甘汞电极的电极电势为：jSCE = 0.24157.61*10-4*(T298) = 0.24157.61*10-4*(16.84273298) = 0.24771 V(1)j(Zn2+(0.10molL-1)|Zn)= jSCEE(1)= (0.247711.06154) V=0.81383 Vj(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)= E(2)jSCE= (0.037690.24771) V= 0.28540 Vj(Cu2+(0.010molL-1)|Cu)= j(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)E(4)= (0.285400.02265) V= 0.26275 V在实验温度下，各电极的标准电极电势为：j(Zn2+(0.10molL-1) |Zn)=j(Zn2+(0.10molL-1) |Zn)RT/2F*1/(Zn2+) 则可得：j(Zn2+(0.10molL-1)|Zn) = j(Zn2+(0.10molL-1)|Zn)RT/2F*1/(Zn2+)=0.813838.314*289.84/(2*96500)* 1/0.1= 0.78508 Vj(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)=j(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)RT/2F*1/(Cu2+) 则可得：j(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)= j(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)+ RT/2F*1/(Cu2+)= 0.285408.314*289.84/(2*96500)* 1/0.1= 0.31415 V对于电池4，它是浓差电池，所以两电极的标准电极电势相同j(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)= 0.31415 V在298K下，各电极的标准电极电势为：由j(Zn2+(0.10molL-1) |Zn)=j298(T-298)1/2(T298)2可得：j298(Zn2+(0.10molL-1) |Zn)=j(Zn2+(0.10molL-1)|Zn)(T298)1/2(T-298)2=0.785080.0001*(289.84298）0.5*0.62*10(-6)*（289.84298）2=0.7843 Vj298(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)= j(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)(T298)1/2(T298)2= 0.31415(0.000016)*（289.84298）0.5*0.62*10（-6）*(289.84298)2=0.31428 V对锌铜电池：理论电动势：E理 = j(Cu2+(0.10molL-1)|Cu)- j(Zn2+(0.10molL-1) |Zn)= 0.28540（0.81383）= 1.09923 V实验值E实=1.09402 V 即E理 E实七、思考题1、为什么不能用伏特计测量电池的电动势？ 答：因为当把伏特计与电池接通后，必须有适量的电流通过才能使伏特计显示，这样电池中就发生化学反应，溶液的浓度就会不断改变。同时，电池本身也有内阻，因而伏特计不可能有稳定的数值。所以测量可逆电池的电动势必须在几乎没有电流通过的情况下进行。2、测量电池电动势为何要用盐桥？选择“盐桥”液有什么要求？ 答： 使用盐桥是为了尽可能的减小液接电势，使可近似的当作是可逆电池来处理。 在选择“盐桥”液的时候需考虑到，盐桥内的电解质正负离子的迁移数要相等或尽可能的接近；还要注意其稳定程度，应不易流失或改变状态。本实验选取的是饱和的KCl琼脂液。3、电位差计的平衡指示始终要调节为零，如不为零说明什么？ 答：电位差计的平衡指示不为零说明电路中有电流存在，要么是可调电池在放电，被测电池在充电，要么是被测电池在放电，可调电池在充电。这时的电池为不可逆，对实验结果有影响，但是在实际试验过程中往往很难稳定在零点，而是由微小的摆动，我们就近似认为电池是可逆且平衡的。八、实验总结(一) 实验中有很多的近似处理，比如液接电势、接触电势和扩散电势的忽略，电池近似处理为可逆电池等等。因而，实验结果与实际值有一定的偏差，且可推得其结果是偏小的。(二) 在制备电极时，需先将电极上的氧化膜出去，不然会影响实验。比如锌电极表面不干净就会影响其汞齐化。(三) 在制备盐桥时，不能在中间有气泡，否则会影响离子的迁移，影响到实验的结果。因此，在灌注溶有KCl的琼脂液的时候要特别注意。(四) 通过本实验，我基本掌握了一些常用电极的制备方法，为以后打下了基础。九、注意事项1、制备电极时，金属表面的氧化膜要除干净；2、制备盐桥时，灌注速度要掌控好，不能留下气泡；3、测电动势时要使数值基本稳定了在读数。