1、實驗名稱 原電池電動勢的測定及其應(yīng)用 班組 姓名 同組者姓名 日期 年 月 日一、實驗?zāi)康?理解電極、電極電勢、電池電動勢、可逆電池電動勢的意義。2掌握用對消法測定電池電動勢的基本原理和數(shù)字式電子電位差計的使用方法。3學(xué)會幾種電極和鹽橋的制備方法。二、實驗原理1.對消法測電動勢的原理： 測量電池電動勢只能在無電流通過電池的情況下進(jìn)行，因此需用對消法(又叫補(bǔ)償法)來測定電動勢。對消法測定電動勢就是在所研究的電池的外電路上加一個方向相反的電壓。當(dāng)兩者相等時，電路的電流為零（通過檢流計指示）。對消法測電動勢常用的儀器為電位差計，其簡單原理如右圖所示：【Ew、Es、Ex 分別為工作電池、標(biāo)準(zhǔn)電池、待測

2、電池。】當(dāng)K與Es接通時，調(diào)節(jié)Rf及滑動頭至C1，使檢流計中無電流通過。此時有EsUC1A，工作回路電流IUC1A /RC1A=Es/RC1A 當(dāng)K與Ex接通時，調(diào)節(jié)滑頭至C2，使檢流計中無電流通過，此時有ExUC2A，工作回路電流I=UC2A/RC2A=Ex/RC2A 因此 Es/RC1A =Ex/ RC2A 即 Ex RC2A(Es/RC1A )2電極電勢的測定原理：原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，在電池放電反應(yīng)中，正極（右邊）起還原反應(yīng)，負(fù)極（左邊）起氧化反應(yīng)。電池的電動勢等于組成電池的兩個電極電位的差值。即： (1)式中E是原電池的電動勢； 分別代表正、負(fù)極的電極電勢。其中：(2) (

3、3) 在式(2)(3)中： 分別代表正、負(fù)電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢；R=8.134J.mol-1.K-1；T是絕對溫度；Z是反應(yīng)中得失電子的數(shù)量；F=96500C，稱法拉第常數(shù)； 為參與電極反應(yīng)的物質(zhì)的還原態(tài)的活度。3.濃差電池：一種物質(zhì)從高濃度（或高壓力）狀態(tài)向低濃度（或低壓力）狀態(tài)轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生電動勢，而這種電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為零。三、儀器與試劑EM-3C型數(shù)字式電子電位差計（南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所監(jiān)制）1臺；標(biāo)準(zhǔn)電池（中華人民共和國上海電工儀器廠）1個；飽和甘汞電極（上海康寧電光技術(shù)有限公司）1個；銅電極2個 鋅電極1個ZnSO4溶液（0.1mol/L） CuSO4溶液（0.1mol/L） Cu

4、SO4溶液（0.01mol/L） 飽和KCl溶液H2SO4溶液（6mol/L） HNO3溶液（6mol/L）四、實驗步驟（一）、電極制備1、鋅電極（1）將鋅電極在6mol/L硫酸溶液中浸泡片刻,除去表面上的氧化層，取出后用水洗滌，再用蒸餾水淋洗。（2）浸入含有飽和硝酸亞汞溶液和棉花的燒杯中約5s，使電極表面上形成一層光亮均勻的鋅汞齊，再用蒸餾水淋洗后用濾紙擦拭，然后插入0.1mol/L的ZnSO4溶液中待用。（3）把汞齊化的鋅電極插入清潔的電極管內(nèi)并塞緊，將電極管的虹吸管口浸入0.1mol/L ZnSO4溶液中，用洗耳球自支管抽氣，將溶液吸入電極管直到較虹吸管略高一點時，停止抽氣，旋緊螺旋夾。

5、電極的虹吸管口內(nèi)(包括管口)不可有氣泡，也不能有漏液現(xiàn)象。注意：1、電極應(yīng)浸洗干凈，否則內(nèi)部會存在一個微小的電勢，會抵消一部分電勢，從而影響實驗結(jié)果。2、鋅汞齊化能消除金屬表面機(jī)械應(yīng)力不同的影響，使該電極具有穩(wěn)定的電極電位。3、實驗前應(yīng)先檢查半電極管是否漏氣；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。2、銅電極將銅電極在6mol/L硝酸溶液中浸泡片刻，取出后用水洗滌，再用蒸餾水淋洗，其余制作步驟同上。（二）電池組合按右圖所示，將飽和KCl溶液注入50mL的小燒杯中，得 電池1：Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|KCl(飽和)|Hg2Cl2|Hg電池2：Hg|Hg2Cl2|KC

6、l(飽和)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu電池3：Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu電池4：CuSO4(0.01mol/L)|Cu|CuSO4(0.1mol/L)|Cu（三）標(biāo)定電位差數(shù)字式電子電位差計使用方法：1校正：（1）打開電源開關(guān)，預(yù)熱10min；（2）將標(biāo)準(zhǔn)電池按“+” 、“-”極性與“外標(biāo)插孔”連接；（3）將“功能選擇”旋鈕置于“外標(biāo)”；（4）調(diào)節(jié)“103 mV10-2 mV”六個旋鈕，使“電動勢指示”顯示的數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)電池數(shù)值相同；（5）按下“校準(zhǔn)”按鈕。2測量：（1）將電池按“+” 、“-”極性與“測量插孔”連接；（2）將“功能選擇”

7、旋鈕置于“測量”；（3）調(diào)節(jié)“103 mV10-2 mV”六個旋鈕，使“平衡指示”顯示在零值附近。五、數(shù)據(jù)處理1記錄各電池的電動勢。原電池電動勢的測定及其應(yīng)用數(shù)據(jù)記錄表實驗日期 2012年3月5日 實驗操作人 王雅晴、嚴(yán)旭青 大氣溫度 10.3 大氣壓力 101 MPa標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢 1000.03mV 實驗溫度 10.4 電池1電池2電池3電池4第一次963.83mV84.39mV1053.39mV19.67mV第二次964.39 mV84.49mV1053.29mV19.37mV第三次964.49 mV84.39mV1053.28mV19.27mV平均值E測963.23mV84.42mV1

8、053.32mV19.44mV2根據(jù)測定的各電池的電動勢，分別計算飽和甘汞電極/V = 0.2415-7.6110-4（10.4/-25）=0.2520 Vm(Cu2+)=0.1000mol/kg時，Cu2+=0.160.1000=0.016；m(Cu2+)=0.0100mol/kg時，Cu2+=0.400.0100=0.004；m(Zn2+)=0.1000mol/kg時，Zn2+=0.150.1000=0.015；由電池1：Zn|ZnSO4(0.1mol/L)|KCl(飽和)|Hg2Cl2|Hg可知： /V =飽和甘汞電極/V+ -E1=0.2520+8.314X(10.4+273.15)/

9、(2X96500)Xln（1/0.015）-0.96323=-0.6599 V由電池2：Hg|Hg2Cl2|KCl(飽和)|CuSO4(0.1mol/L)|Cu可知： /V =飽和甘汞電極/V+ E2-=0.2520+0.08442-8.314X(10.4+273.15)/(2X96500)Xln（0.016/1）=0.3869 V3根據(jù)有關(guān)公式計算Zn-Cu和濃差電池的理論電動勢E理，并與實驗值進(jìn)行 比較，計算誤差率。E理1= = +=0.3869 V-（-0.6599）+8.314X(10.4+273.15)/(2X96500)Xln（0.016/0.015）=1.04759 V 誤差=（

10、測量值-計算值）/計算值=（1.04779-1.04759）/1.04779X100=1.91電池4：CuSO4(0.01mol/L)|Cu|CuSO4(0.1mol/L)|Cu理論電動勢E理2=E標(biāo)準(zhǔn)-=-8.314X(10.4+273.15)/(2X96500)Xln（0.004/0.016）=0.01693V誤差=（測量值-計算值）/計算值=（0.01944-0.01693）/0.01693X100=14.84文獻(xiàn)值： （1）.三種電極的電極電勢與溫度的關(guān)系：j飽和甘汞電極/V = 0.2415-7.6110-4（t/-25） /V = 0.337+0.810-4（t/-25） /V =

11、 -0.763+9.110-4（t/-25）（2）.計算時有關(guān)電解質(zhì)的離子平均活度系數(shù)(25)如下: 0.1000molkg-1CuSO4 Cu2+=0.16 0.0100molkg-1CuSO4 Cu2+=0.40 0.1000molkg-1ZnSO4 Zn2+=0.15六、誤差分析1在實驗操作過程中，檢流計光標(biāo)很難指向零點，說明測量回路有電流通過，所以E（測）E（理）。2由于檢流計光標(biāo)較難調(diào)節(jié)，每組測量時間較長，工作回路中電流會發(fā)生變化，從而影響測量結(jié)果。3. 電極未浸洗干凈，或者一部分在反應(yīng)前已被氧化，導(dǎo)致內(nèi)部會存在微小的電勢，抵消一部分電勢，從而影響實驗結(jié)果。七、問題討論1用測電動勢的方法求熱力學(xué)函數(shù)有何優(yōu)越性？答：電動勢測定法比其他方法（例如熱量法）更精確，誤差更小。2鹽橋有何作用，如何選用鹽橋以適應(yīng)各種不同的原電池？答：將液接電視降到最小的作用。鹽橋的濃度盡量大（一般用飽和溶液），正負(fù)離子遷移數(shù)接近，與電池中的電解質(zhì)不