温州大学：材料工程实验教案（现代物理化学实验PPT）实验10 电动势法测定化学反应的热力学函数

电动势法测定化学反应的热力学函数李国良物理化学研究所

电动势法测定化学反应的热力学函数 李 国 良 物理化学研究所

一、实验目的>巩固电位差计测定原电池电动势的原理和方法，掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法>根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池测定其在不同温度下的电动势值，计算电池反应的热力学函数G、△S及AH。>了解银一氯化银电极的制备方法

一、实验目的 ➢根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池， 测定其在不同温度下的电动势值，计算电 池反应的热力学函数G、S及H 。 ➢巩固电位差计测定原电池电动势的原理和 方法，掌握电动势法测定化学反应热力学 函数变化值的有关原理和方法。 ➢了解银－氯化银电极的制备方法

一、实验原理对消法测定原电池电动势原理：是在待测电池上并联一个大小相等，方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势E.-工作电源：E-标准电池E-待测电池；R-调节电阻;R-待测电池电动势补偿电阻R-标准电池电动势补偿电阻K-转换电键；G-检流计

二、实验原理 对消法测定原电池电动势 Ew -工作电源；EN -标准电池； EX -待测电池；R-调节电阻； RX -待测电池电动势补偿电阻； RN -标准电池电动势补偿电阻； K-转换电键； G-检流计 原理：是在待测电池上并联一个大小相等，方向相反 的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加 电势差的大小即等于待测电池的电动势

二、实验原理在恒温恒压可逆的条件下，原电池电化学反应吉布斯自由能的减少等于体系所作的最大有用功结合法拉第定律，有：△G = -nFEaE△S =-nFaTPaE△H = -nFE + nFTOTn为电极反应中电子的计量系数F为法拉第常数E为电池的电动势

二、实验原理 在恒温恒压可逆的条件下，原电池电化学反应 吉布斯自由能的减少等于体系所作的最大有用功。 结合法拉第定律，有： G = −nFE T p E S nF          = − T p E H nFE nFT          = − + • n为电极反应中电子的计量系数 • F为法拉第常数 • E为电池的电动势

二、实验原理化学反应： Ag(s) +Hg,Cl,(s)= AgCl(s) +Hg()Ag(s), AgCI(s) / KCI (aq)II Hg , Cl, (s), Hg()负极反应： Ag(s) +Cl-l -e= AgCl(s)正极反应： Hg,Cl,(s)+e= Hg(I) +CrlE=β甘汞一P银-氯化银电动势：慧RTRTeInaIna=β甘汞P银-氯化银cICIFF=P甘来银-氯化银

二、实验原理 Ag(s), AgCl(s) | KCl(aq)|| Hg Cl (s), Hg(l) 2 2 负极反应： Ag(s) Cl e AgCl(s) -1 + − = 正极反应： -1 2 2 2 1 Hg Cl (s) + e = Hg(l) + Cl 化学反应： Ag(s) Hg Cl (s) AgCl(s) Hg(l) 2 2 2 1 + = + 电动势： E =  甘汞 − 银-氯化银       = − − − − − Cl o Cl 银-氯化银 o 甘汞 lna F RT lna F RT   o 银-氯化银 o = 甘汞 −

三、 仪器与试剂试剂：仪器：数字电位差计KCl (0.1000 mol-L-l)1台1台超级恒温槽HNO,溶液1支HCI溶液甘汞电极32支丙酮小烧杯银丝铂丝

三、仪器与试剂 仪器： 数字电位差计 1台 超级恒温槽 1台 甘汞电极 1支 小烧杯 2支 KCl (0.1000 mol·L-1 ) HNO3溶液 HCl溶液 丙酮 银丝 铂丝 试剂：

四、实验步骤1、制备银-氯化银电极取一段直径为1 mm的纯银丝，先用丙酮洗去表面的油污，在3 mol·L-l HNO,溶液中浸蚀～下，再用蒸馏水洗净其表面，然后放入含有O.1 molL-1 HCl的小烧杯中进行恒电流阳极氧化，用铂丝作阴极，所用阳极电流密度约为0.4 mA:cm-2，时间为30 min。电解完毕取出制好的电极，用蒸馏水洗净电极表面后放入盛有饱和KCI与饱和AgCI溶液的玻璃电极管中，然后将电极浸泡在饱和KCI溶液中，保存于暗处备用

四、实验步骤 1、制备银-氯化银电极 取一段直径为1 mm的纯银丝，先用丙酮洗去表面 的油污，在3 mol·L-1 HNO3溶液中浸蚀一下，再用 蒸馏水洗净其表面，然后放入含有0.1 mol·L-1 HCl 的 小烧杯中进行恒电流阳极氧化，用铂丝作阴极，所 用阳极电流密度约为0.4 mA·cm-2，时间为30 min。 电解完毕取出制好的电极，用蒸馏水洗净电极表面 后放入盛有饱和KCl与饱和AgCl溶液的玻璃电极管 中，然后将电极浸泡在饱和KCl溶液中，保存于暗 处备用

四、实验步骤2、组合电池，并测定其电动势>用所制备的银-氯化银电极与饱和甘汞电极，组装原电池。>接通恒温槽电源进行恒温，使其达到25℃。把被测电池放入恒温槽中恒温约15min，同时将原电池引出线连接到SDC型数字式电位差计上，测定其电动势，每隔5 min测一次，直至电位差计读数稳定为止。>调节恒温槽，令槽温升温5℃，重复上述测定，然后继续再升温5℃并进行测定，共测5～6个温度点，>测定完毕后，将电池取出放在瓷盘上，并把其他仪器整理好，恢复到前的状态

四、实验步骤 2、组合电池，并测定其电动势 ➢ 用所制备的银-氯化银电极与饱和甘汞电极，组装原 电池。 ➢ 接通恒温槽电源进行恒温，使其达到25 ℃。把被测 电池放入恒温槽中恒温约15 min，同时将原电池引出 线连接到SDC型数字式电位差计上，测定其电动势， 每隔5 min测一次，直至电位差计读数稳定为止。 ➢ 调节恒温槽，令槽温升温5 ℃，重复上述测定，然后 继续再升温5℃并进行测定，共测5～6个温度点。 ➢ 测定完毕后，将电池取出放在瓷盘上，并把其他仪器 整理好，恢复到前的状态

五、实验记录及数据处理1、将测得数据列成下表：室温：；气压计读数：次序t/℃T/KE/V(OE/ aT),/V.K-1△G/J.K-1.mol-1△ S/J-mol-1△ H/J-mol-1

五、实验记录及数据处理 1、将测得数据列成下表： 室温： ；气压计读数： 。 次序 t/℃ T/K E/V (E/ T)p /VK-1 G/JK-1 mol-1  S/Jmol-1  H/Jmol-1

五、实验记录及数据处理2、作E-T图，通过作曲线切线之斜率或回归为方程并求导计算所测温度的(aE/T)利用公式(1)一(3)，分别求出该电池反应的AG、AS及AH 。3、将实验所得的电池反应的热力学函数变化值与文献值进行比较，并对实验结果进行讨论

五、实验记录及数据处理 2、作E-T图，通过作曲线切线之斜率或回归 为方程并求导计算所测温度的(E/ T)p 。 利用公式(1)－(3)，分别求出该电池反应的 G、 S及H 。 3、将实验所得的电池反应的热力学函数变化 值与文献值进行比较，并对实验结果进行 讨论