原电池电动势和电极电势的测定

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1、实验九原电池电动势和电极电势的测定1目的要求(1)测定Cu-Zn原电池的电动势及Cu、Zn电极的电极电势。(2)学会几种电极和盐桥的制备方法。(3)掌握可逆电池电动势的测量原理和EM-3C型数字式电位差计的操作技术。2基本原理图2.9.1Zn-Cu电池示意图凡把化学能转变为电能的装置称为化学电源(或电池、原电池)。电池是由两个电极和连通两个电极的电解质溶液组成的。如图2.9.1所示。把Zn片插入ZnSO4溶液中构成Zn电极，把Cu片插在CuSO4溶液中构成Cu电极。用盐桥(其中充满电解质)把这两个电极连接起来就成为Cu

2、-Zn电池。可逆电池应满足如下条件:(1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界。(3)电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，亦即允许通过电池的电流为无限小。因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件，在精确度不高的测量中，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。在电池中，每个电极都具有一定的电极电势。当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势，按

3、照我们常采用的习惯，规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差。即：E=j+-j-(2.9.1)式中：是原电池的电动势。j+、j-分别代表正、负极的电极电势。其中：(2.9.2)(2.9.3)7在式(2.9.2)、(2.9.3)中：j+、j-分别代表正、负电极的标准电极电势。R=8.134J.mol-1.K-1。T是绝对温度。Z是反应中得失电子的数量。F=96500C，称法拉第常数。α氧化为参与电极反应的物质的还原态的活度。对于Cu-Zn电池，其电池表示式为：Zn

4、ZnSO4(m1)

5、

6、CnSO4(m2)

7、Cu其电极

8、反应为：其电池反应为：其电动势为：(2.9.4)(2.9.5)(2.9.6)在式2.9.5和2.9.6中，Cu2+,Zn2+的活度可由其浓度mi和相应电解质溶液的平均活度系数γ±计算出来。(2.9.7)(2.9.8)如果能由实验确定出和则其相应的标准电极电势和即可被确定。怎样测定Cu电极和Zn电极的电极电势呢?既然电池的电动势等于正、负极的电极电势之差，那么我们可以选择一个电极电势已经确知的电极，如Ag-AgCl电极，让它与Cu电极组成电池该电池的电动势为：(2.9.9)因为电动势E可以测量，jAgCl，Ag已知，所以

9、可以被确定，进而可由式2.9.5求出7用同样方法可以确定Zn电极的电极电势，和标准电极电势，让Zn电极与Ag-AgCl电极组成电池Zn

10、ZnSO4(m1)

11、

12、KCl(1mol·kg-1)

13、AgCl-Ag：。该电池的电动势为：(2.9.10)测量E,jAgCl,Ag已知，可以确定，进而可由2.9.6式求出本实验测得的是实验温度下的电极电势jT和标准电极电势j0T，为了比较方便起见，(和附录中所列出的j0298比较)，可采用下式求出298K时的标准电极电势j0298，即(2.9.11)式中α、β为电池中电极的温度系数。对

14、Cu-Zn电池来说：Cu电极：·Zn电极：··关于电位差计的测量原理和EM-3C型数字式电位差计的使用方法，见本书物理化学实验规范EM-3C型电位差计的使用说明。3仪器试剂EM-3C型数字式电位差计毫安表恒温槽一套镀AgCl池Cu、Zn电极Ag-AgCl电极Pt电极镀Cu池镀Ag池氨水0.1mol﹒kg-1ZnSO4溶液0.1mol﹒kg-1CuSO4溶液1mol﹒kg-1KCl溶液1mol﹒L-1HCl溶液6mol﹒LH2SO4溶液饱和Hg2(NO3)2溶液镀Cu溶液镀Ag溶液琼脂Kcl(分析纯)4实验步骤(1)制

15、备Zn电极：取一锌条(或Zn片)放在稀硫酸中，浸数秒钟，以除去锌条上可能生成的氧化物，之后用蒸馏水冲洗，再浸入饱和硝酸亚汞溶液中数秒钟，使其汞齐化，用镊子夹住湿滤纸擦试Zn条，使Zn条表面有一层均匀的汞齐。最后用蒸馏水洗净之，插入盛有0.1mol﹒L-1ZnSO4的电极管内即为Zn电极。将Zn极汞齐化的目的是使该电极具有稳定的电极电位，因为汞齐化能消除金属表面机械应力不同的影响。7图2.9.2电镀(解)线路(2)制备Cu电极：取一粗Cu棒(或Cu片)，放在稀H2SO4中浸泡片刻，取出用蒸馏水冲洗，把它放入镀Cu池内作阴

16、极。另取一Cu丝或Cu片，作阳极进行电镀。电镀的线路如图2.9.2所示。调节滑线电阻，使阴极上的电流密度为25mA﹒cm-2(电流密度是单位面积上的电流强度)。电流密度过大，会使镀层质量下降。电镀20min左右，取出阴极，用蒸馏水洗净，插入盛有0.1mol﹒kg-1CuSO4的电极管内即成Cu电极(也可用洁净的Cu丝经处理后直接作