实验十九电动势的测定及其应用-副本

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1、实验十九电动势的测定及其应用-副本实验十九电动势的测定及其应用一.实验目的1.学会铜电极、锌电极和盐桥的制备和处理方法。2.掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。3.了解可逆电池电动势的应用。二.实验原理原电池由正、负两极和电解质溶液组成。电池在放电过程中，正极上发生还原反应，负极则发生氧化反应，电池反应是电池屮所有反应的总和。电池除可用作电源外，还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质，从化学热力学得知，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应有以下关系：△rGm=-nFE式中△rGm是电池反应的吉布斯自由能增量；n为电极反应中电子得失数；F为法拉第常数；E为

2、电池的电动势。从式中可知，测得电池的电动势E后，便可求得ArGm,进而乂可求得其他热力学参数。但须注意，首先要求被测电池反应本身是可逆的，即要求电池的电极反应是可逆的，并且不存在不可逆的液接界。同时要求屯池必须在可逆情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此，在用电化学方法研宄化学反应的热力学性质时，所设计的电池应尽量避免出现液接界，在精确度要求不高的测量中，常用“盐桥”来减小液接界电势。为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，一般均采用电位差计测量电池的电动势。原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能分别测

3、定出两个电极的电势，就可计算得到由它们组成的电池电动势。下面以锌-铜电池为例进行分析。电池表示式为：Zn

4、ZnS04(ml)IICuS04(m2)丨Cu符号“I”代表固相(Zn或Cu)和液相(ZnS04或ZnS04)两相界面；“II”代表连通两个液相的“盐桥”；ml和m2分别为ZnS04和CuS04的质量摩尔浓度。当电池放电时：负极起氧化反应Zn—Zn2+(ml)+2e-正极起还原反应Cu2+(m2)+2e-->Cu电池总反应为Zn+Cu2+(m2)->Zn2+(ml)+Cu锌电极的电极电势:jZn2+/Zn=jqZn2+/Zn-aRTInZn2FaZn2+aRTInC

5、u2FaCu2+铜电极的电极电势：jCu2+/Cu=j所以，Cu-Zn电池的电池电动势为：q-Cu2+/CuE=jCu2+/Cu-jZn2+/Zn=jqCu2+/CuRTaCuaZn2+-jZn2+/Zn-ln2FaCu2+aZnqRTaCuaZn2+=E-ln2FaCu2+aZnq纯固体的活度为1aCu=aZn=lRTaZn2+In2FaCu2+在一定温度下，电极电势的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活度。由于电极电势的绝对值不能测量，在电化学屮，通常将标准氢电极的电极电势定为零，其他电极的电极电势值是与标准氢电极比较而得到的相对值，即假设标准氢电极与待测电极组

6、成一个电池，并以标准氢电极为负极，待测电极为正极，这样测得的电池电动势数值就作为该电极的电极电势。由于使用标准氢电极条件要求苛刻，难于实现，故常用一些制备简单、电势稳定的可逆电极作为参考电极来代替，如甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极于标准氢电极比较而得到的电势值己精确测出，在物理化学手册中可以查到。可逆电池电动势不能用伏特计直接测量。这是因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断变化，因而电动势值也会发生变化。另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电势降，而不是电池电动势，只有在没有电流通过时的电势降才是

7、电池真正的电动势。电位差计是可以利用对消法原理进行电势差测量的仪器，即能在电池无电流（或电流极小）通过时测得其两极的电势差，这时的电势差就是电池的电动势。另外，当两种电极的不同电解质溶液接触时，在溶液的界面上总有液体接界电势存在。在电动势测量时，常应用“盐桥”使原来产生显著液体接界电势的两种溶液彼此不直接接界，降低液体接界电势到毫伏数量级以下。一.仪器和试剂0.1mol?L-l数字式电位差计1台CuSO4溶液标准电池稳压直流电源毫安表烧杯铜片锌片饱和甘汞电极(SCE)U形管1台1台1台3个2片1片1支1个CuSO4溶液Hg2(NO3)2溶液KCI溶液H2SO4HNO3镀

8、铜液琼胶KNO30.1mol?L-l饱和饱和3mol?L-l6mol?L-l适量适量适量图19.1数字式电位差计。左图为全图，右图为操作面板。一.实验步骤：1.电极和盐桥的制备(1)铜电极：取一片待镀的电极铜片用细砂纸磨光，放在6mol?L-l的HNO3溶液中浸洗，取出后先用自来水冲洗，再用蒸馏水淋洗。然后将其作阴极，另取一片铜片作阳极，装置好仪器(如图19.2)，控制电流密度为20mA?cm-2,电镀时间约为30min,使电极铜片表面宥一层新鲜、紧密的铜镀层。镀完后，取出电极铜片用蒸馏水淋洗，用滤纸吸干。将镀好的铜片置于装有适量0.1m