实验五.电池电动势及温度系数的测定

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时间:2018-08-03

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1、电池电动势及温度系数的测定一.实验目的1. 掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作。2. 通过原电池电动势的测定求算电池反应的ΔrGm、ΔrSm、ΔrHm等热力学函数。3. 熟悉原电池的图式表示法和电极、电池反应的书写。二.实验原理1.热力学知识化学能转变为电能的装置称为原电池或电池。可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。根据吉布斯函数的定义,在恒温恒压条件下,当系统发生可逆变化时,系统吉布斯函数变等于过程的可逆非体积功。可逆电动势为E的电池按指定电池反应式,当反应进度ξ=1mol时,反应的吉布斯函数变为:(1)式中E为可逆电池的电动势,单位为伏特(V

2、);F为法拉第常数,常取96500C·mol-1,z为电极反应式中电子的化学计量数,ΔrGm的单位为J·mol-1。所以,在一定的温度和压力下,测出可逆电池的电动势,即可计算出电池反应的摩尔反应吉布斯函数变ΔrGm又根据热力学基本方程,可以得到:(2)式中称为电池的温度系数,表示电池电动势随温度的变化。在系列温度下测得系列电动势值,作E—T图,从曲线斜率可求得电池的温度系数。进而算出ΔrSm。由吉布斯-亥姆霍兹公式可计算化学反应的摩尔反应焓,即: (3)2.对消法测定电动势的原理根据可逆过程的定义,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

3、)电池中不允许存在任何不可逆的液体接界。(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”来消除液接电势。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。测量可逆电池的电动势不能直接用伏特计来测量。因为电池与伏特计相接后,整个线路便有电流通过,此时电池内部由于存在内电阻而产生某一电位降,并在电池两极发生化学反应,溶液浓度发生变化,电动势数据不稳定。所以要准确测定电池的电动势,只有在电流无限小

4、的情况下进行,常用的对消法就是根据这个要求设计的。对消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电势,这样待测电池中就没有电流通过,外加电势差的大小就等于待测电池的电动势,如图1所示。B为大容量的工作电池。AC为一均匀电阻,使回路中有合适的工作电流I,这样在AC上就有一均匀的电势降产生。Es为标准电池。为了求得AD1线段的电势差,在测量待测电池之前,先用标准电池Es来标定。将选择开关SW接上,调节活动触点的位置至D1时检流计G中没有电流通过,此时标准电池的电动势正好与AD1线段所示的电势差的数值相等而方向相反。即:(4)完成上述标定后,将SW拨到待测电池Ex上,

5、重新调节接触点,若调到D2位置时检流计G中无电流通过,则AD2线段上的电势降等于待测电池Ex的电动势,即:(5)由(4)式和(5)式,得:(6)由于电阻与电阻线长度l成正比,所以:(7)分别读出Es和Ex接通时均匀电阻上的AD1、AD2长度,即可计算出Ex。实验室常用的电位差计就是根据这一原理设计制造的。3.本实验测定的电池本实验测定由AgCl/Ag和Ag+/Ag电对组成的原电池的电动势,该电池可以用图示式表示为:(-)Ag

6、AgCl(s),Cl-(0.1mol·L-1)

7、

8、Ag+(0.1mol·L-1)

9、Ag(+)即AgCl/Ag作为阳极(负极),浸入含Cl-的溶液

10、中,电极反应为:(8)Ag+/Ag作为阴极(正极),浸入含Ag+的溶液中,电极反应为:(9)总的电池反应为:(10)电池中用到两种不同的溶液,需通过盐桥连接。电池电动势的Nernst方程式为:(11)三.仪器和试剂SDC-II数字电位差综合测试仪,恒温水浴,原电池装置,AgCl/Ag电极,Ag电极,盐桥。0.1mol·L-1NaCl溶液,0.1mol·L-1AgNO3溶液。四.实验步骤1.组装电池将AgCl/Ag电极(负极)插入原电池装置的NaCl溶液中,Ag电极(正极)插入AgNO3溶液中,装入盐桥,将电池与电位差计相接,注意正负极要对应。将电池放入到恒温水浴中。2

11、.电位差计采零将电位差计“测量选择”钮打到“内标”,调节各电位钮,使电位指示为1V,然后按一下“采零”钮,使“检零指示”为“0”。电位差计的详细操作见仪器说明。3.原电池电动势的测量待电池中溶液的温度稳定后(约需10~15分钟),可以测量其电动势。将电位差计“测量选择”钮打到“测量”,调节各电位钮,直到“检零指示”为0,此时电位指示值就是该温度下的电池电动势,每个温度下读三次,每次间隔1~2分钟。在25℃下,待测电池的电动势约为0.45V,调节时可参考此值。第一次测量可以控制恒温槽温度比室温高1~2℃,此后每次升温3~5℃,共测5~6次。注意测量温度

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