实验十九 电极制备及电池电动势测定

《实验十九 电极制备及电池电动势测定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验十九电极制备及电池电动势的测定一、实验目的1．测定Cu－Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势；2．学会一些电极的制备和处理方法；3．掌握电位差计的测量原理，学会SDC－Ⅱ数字电位差测试仪的使用。二、基本原理电池由正、负两个电极组成，电池在放电过程中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电池内部还可能发生其它反应，电池反应是电池中所有反应的总和。电池的电动势等于两个电极电势的差值。式中：是正极的电极电势；是负极的电极电势。以Cu－Zn电池为例，其电池符号为：Zn

2、ZnSO4()║CuSO4()

3、Cu负极发生氧化反应：Zn→Zn2+()+2e正极发生还原

4、反应：Cu2+()+2e→Cu电池的总反应为：Zn+Cu2+()→Cu+Zn2+()（19－1）根据能斯特（Nernst）方程，Zn电极的电极电势为：（19－2）Cu电极的电极电势为：（19—3）所以Cu－Zn电池的电动势为：纯固体的活度为1，所以（19—4）在一定温度下，电极电势的大小决定于电极的性质和溶液中有关离子的活度。标准电极电势可以在物理化学常用数据表中查到。电池的电动势不能直接用伏特计来测量，因为当把伏特计与电池接通后，必然有适量的电流通过才能使伏特计有显示，这样电池中就会发生化学反应，溶液的浓度会不断改变。因而电动势也不断变化，这时电池已不是可逆

5、电池。另外，电池本身有内阻，用伏特计所量出的只是两电极间的电势差而不是可逆电池的电动势，只有在没有电流通过时的电势差才是电池真正的电动势。电位差计是利用对消法原理进行电动势测量的仪器，其基本原理如图19－1所示。图19－1对消法测电动势原理图AB为均匀滑线电阻，工作电池EW经AB构成一闭合回路，在闭合回路中流经一稳定电流强度I，在AB上产生均匀电势降。先将电键K置向标准电池ES，使标准电池和检流计G经ACC/构成一闭合回路，这样就在标准电池的外电路中产生一个方向相反的电势差，它的大小由滑动接触点C/的位置决定，若在C/时检流计G中无电流通过，则标准电池的电动势

6、正好等于AC/段的电势差，既ES=IRAC/。RAC/为AC/段的电阻。同样再将电键K置向待测电池EX，调节滑动接触点C/使检流计G中无电流通过，可得待测电池的电动势EX=IRAC，则因为AB为均匀导体，所以其阻值与长度成正比，即，若已知ES，即可求得EX。应用对消法测量电动势具有以下优点：(1)完全对消时无电流通过电池；(2)不需要测定线路中的电流强度；(3)Ex的测量精度完全依赖于EN和滑线电阻。另外，当两种电极与不同电解质溶液接触时，在溶液的界面上总有液接电势存在，在电动势测量时，常用盐桥使原来产生显著液接电势的两种溶液彼此不直接接触而降低液接电势，常用

7、KCl、NH4NO3等溶液作盐桥。关于盐桥的知识可参见附录2。本实验以饱和甘汞电极作为参比电极，用SDC－Ⅱ数字电位差测试仪（使用方法见附录1）测定铜电极和锌电极的电极电势，以及Cu－Zn电池的电动势。三、仪器与药品SDC－Ⅱ数字电位差测试仪、WLS数字恒流稳压电源、滑线电阻(2000Ω)、饱和甘汞电极、铜电极、锌电极、铜棒、吸耳球、烧杯(50m1)、镊子等。CuSO4溶液(0.1000mol·dm-3)、ZnSO4溶液(0.1000mol·dm-3)、饱和Hg2(NO3)2溶液、稀硝酸(6mol·dm-3)、饱和KCl溶液、镀铜溶液(100ml水溶解15gC

8、uSO4·5H2O、5gH2SO4、5gCH3CH2OH)。四、实验步骤1．电极处理：（1）锌电极的处理和制备：先用00号细砂纸轻轻的把锌电极擦亮，用蒸馏水洗净后，插入饱和Hg2(NO3)2溶液中3～5秒，使锌表面形成一层汞齐，取出后用镊子夹一小块滤纸轻擦电极，擦去表面灰色ZnO(用过的滤纸专门收集处理)，然后用蒸馏水冲洗。将干燥的汞齐化的锌电极插入电极管并塞紧。将电极管上的虹吸管口浸入0.1000mol·dm-3ZnSO4溶液中，用吸耳球自支管抽气，使溶液吸入电极管内，并浸没电极，停止抽气，夹紧支管上的夹子，注意虹吸管内不能有气泡，也不能有漏液现象，即制得锌

9、电极，待用。（2）铜电极的处理和制备：将铜电极在稀硝酸（6mol·dm-3）溶液中浸洗后，用水冲洗，然后用蒸馏水淋洗，以此电极为阴极，另取一铜棒为阳极，在镀铜溶液内电镀，装置如图19－2所示。电镀条件：电流密度为50mA·cm－2左右，电镀时间20～30min，待电极表面有一层紧密的镀层后取出，依次用水、蒸馏水冲洗，插入电极管内，并在电极管内吸入浓度为0.1000mol·dm-3的CuSO4溶液，即制得铜电极，待用。2．电极电势的测定（1）锌电极电势的测定：以饱和甘汞电极为正极，刚刚制得的锌电极为负极，测量电池：Zn

10、ZnSO4(0.1000mol·dm-3)

11、║KCl(饱和)

12、Hg2C12，Hg的