《大学化学实验》课程教学资源（教材讲义）原电池电动势的测定.pdf_大学文库

实验九原电池电动势的测定一、实验目的 1.明确理解电极、电池、电极电势、电池电势、可逆电池电动势等的意义， 2.掌握补偿法（对消法）测定可逆电池电动势的原理和操作方法。二、实验原理 1.电池和电极概括地说，电化学是研究电池的科学。电池是使化学能与电能互相转化的装置，通常分为自发电池（又称原电池）和电解电池两大类。电池的主要组成部分是电极，电极是由金属 (电子导体)及与它紧密接触的电解质（离子导体）构成，如铜电极Cu/Cu2+,锌电极Z Z2+等。电极结构中金属对于电解质的电位递降值△P=P黑一P电解质称为电极电势。因△g 不能直接测量，故电极电势的绝对数值无法确定，现选用标准氢电极的电势为基准来衡量比较各电极的电势，得到的相对数值称为氢标电极电势，“氢标”二字通常省略不写。两个不同的电极组成电池，二电极电势之差称为电池电势（也就是电压)。联结二电极的金属端使电池形成回路，产生电流。此时电极界面上必有荷电粒子（离子或电子）做跨超界面的传递，从而发生氧化还原反应一电极反应。二电极反应的总效果为电池反应， 2.可逆电极、可逆电池与可逆电池电动势可逆电极是指电极反应为可逆的电极。具体地说，电极界面通过正向微电流所产生的效应在逆向徽电流通过时能完全消除，电极反应随时处于平衡状态。此时的电极电势称为平衡电势。同样，可逆电池内发生的所有过程都应是可逆的，随时处于平衡状态。因此，构成可逆电池的条件是：①电极必须是可逆的：②电池内部应当不存在液体接界，③通过电池的电流应无限小。可逆电池电势习惯上称为电动势。可逆电极和可逆电池的电势可用能斯特公式计算本实验所研究的丹聂尔电池常被引用为可逆电池的实际例子，它由铜、锌两个可逆电极组成，电池反应Zn十CuSO一ZnSO,+Cu可逆进行，但电池内部存在液体接界CuSO,/ ZnSO4,界面的电荷迁移不可逆：正向反应时主要是Zn2+迁移到CuSO4溶液，逆向反应时主要是Cu2+迁移到ZSO,溶液。所以只能把丹聂尔电池近似地看成可逆。真正可逆电池的典型例子可举出哈纳德电池，它是由氢电极同某种可逆电极组成的无液体接界电池，例如： (-Pt i H2 (g)|HCI(aq)I AgCI(s)Ag(+) 它在电解质溶液理论和电化学热力学的研究中有广泛的应用。我们将在另一实验中加以研究。 3.补偿法（对消法）测定电动势的原理可逆电池的一个必要条件是通过电池的电流无限小。测定电动势时不应有电流通过。电位差计能满足这个要求。电位差计的原理如图1022所示。图的上部是工作回路，E为工作

电源，T是调节工作电流I的变阻器，工作电流通过R 和RN产生电位降做补偿（对消）用。图的左下部是标准回路，E是标准电池，其电势十分稳定 EN=1.01859-4.06×10-5(T-20)V T为环境温度，G为灵敏检流计，用来指示电流零点： RN为标准电池的补偿电阻，它与工作电流之乘积IRN 恰等于标准电池电动势EN。因U小-25型电位差计的工作电流规定为0.001A,故RN应确定在0.0000处。图10-22电位差计原理图将选择开关合在位置“1”，调节r使G指零，IRN与 EN对消，此时I必为O.0001A。图的右下部是测量回路，E×是被测电池电动势，R是被测电池的补偿电阻、由已知电阻值的各进位盘组成，将选择开关合在位置“2”，旋转R各进位盘，调到C点使G指零，IRc与Ex对消。这样有关系式： EN=IRN 1念 Ex-IRe-REx-KEx 可知电位差计是一种比例仪器，将已知电势E乘上一个比例系数K来补偿未知电动势 Ex=KEN,所以用电位差计测量电动势的方法称为补偿法或对消法三、仪器与试剂 U小-25型电位差计1台；直流复射式检流计1台；锌锰干电池2支；甘汞电极（饱和 1支；铜电极、锌电极、铂电极各1支；盐桥1支。醒氢醒（二级）；硫酸铜（二级）硫酸锌（二级)；邻苯二甲酸氢钾（二级)硝酸（二级）。四、实验步骤 1.电极的制作 (1)醌-氢醌(Q-HQ)电极取一支铂电极，用6mol/L的硝酸浸泡5min,用水冲洗，去离子水洗涤，用滤纸吸干。在小烧杯中放人约15mL.待测pH的溶液(0.05mol/L邻苯二甲酸氢钾水溶液或酒石酸氢钾饱和水溶液)，用小匙取少量醒氢醌固体放人溶液中，搅拌溶解制成饱和溶液，呈深褐色，并有不溶解的剩余醌氢醌固体。插人铂电极。醌氢醌是醌与氢醌的等分子化合物，溶解后成为氧化（醒）还原（氢醌）电极，是一种氢离子指示电极。 (2)锌电极和铜电极将锌（或铜）棒用砂纸擦亮，用水和去离子水冲洗，用滤纸吸干。 (3)甘汞电极（饱和）浸在饱和KCI溶液中。 2.电池的制作电池(1)：Hg|Hg2C2|KCI(饱和水溶液)H+(待测)川Q-HQIPt 将醒氢醌电极与饱和甘汞电极组合成电池，醌氢醌电极为正极，甘汞电极为负极。电池(2)：HgHg2Cl2KCI(饱和水溶液)Il CuSo,(.1mol/L)ICu 铜电极为正极，甘汞电极为负极，两电极插在CO,溶液中组成电池。电极(3)：Zn!ZnSO4(0.lmol/L)1KCi(饱和水溶液)|Hg2 Clz|Hg 甘汞电极为正极，锌电极为负极，两电极插在ZSO,溶液中组成电池。电池(4)：ZnlZnS0,(0.1mol/L)‖CuSo4(0.1mol/L)lCu 2

铜电极为正极，锌电极为负极，CuSO,与ZnSO,二溶液间加凝胶盐桥这4个电池都存在液体接界，存在液接电势，其大部分已用盐桥消除（饱和甘汞电极本身含饱和KC溶液，事实上成为盐桥)，但用盐桥不能完全消除液接电势，一般仍剩余1~ 2mV。所以这4个电池严格来说还未达到可逆电池的条件，所测得的电池电势只能准至mV, 3.测量四个电池的电动势图10-23是U]-25型电位差计板面图，它与图10-22原理图的对应关系是：“标准电池温度补偿旋钮”对应原理图中R；“工作电流调节旋钮（粗、中、细、微）”对应原理图中 r:“测量旋钮”对应原理图中R;“按钮（粗、细、短路）”是电位差计的开关；“换向开关 (N、X1、Xz)”对应原理图中K。 [检流计际准电酒馆翻雾】工作电池：电计标准未知1 未知2 6 00015022w833v 测量旋钮粗O○中十面售建斋 ○细换向开关○ ○微眉品是路图10-23U小-25型电位差计板面示意图 UJ25型电位差计测电动势步骤如下： (I)按板面接好线路，要注意电池的正负极。接线时线头要拧成一股，顺着螺丝旋紧方向接牢，线头不能露出“尾巴”。导线若不够长加接另一根导线时接头要用黑胶布包扎，不能裸瑶在外。仪器要注意摆布整齐合理并便于操作。接线时应先接好电位差计的线路，检查无误后再接各池；测完拆线路时，应先拆各电池接线再拆电位差计面板。检流计分流器放在 0.1挡。 (2)将板面上“测量旋钮”各挡及“工作电流调节旋钮（粗、中、细、微）”调至零位 (逆时针旋转到头)。计算室温下标准电池电动势值，用右上角的“标准电池温度补偿旋钮” 标出此值。 (3)标定工作电流至0.1mA换向开关指N,逐级（像天平称量加砝码那样由大到小）调节粗、中、细、徽电阻箱使检流计指示无电流通过。接通检流计时应先按粗键，按一下就放开，只观察电流方向：至光标偏离零点很小时再按细键，方法同上，欲使光标迅速回零可按短路键。 (4)测定电池电动势换向开关指X:或X2,由大到小调节测量旋钮使检流计指示无电 3