童海港《原电池电动势的测定及其应用》.doc

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1、物理化学实验报告院系化学化工学院班级化学061班学号06066118姓名童海港实验名称原电池电动势的测定及其应用日期2009.3.26.同组者姓名王海燕室温16.7℃气压101.7kPa成绩一、目的和要求1.测定Zn-Cu电池的电动势和Zn、Cu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（包括数字式电子电位差计）的测量原理和正确使用方法。二、基本原理凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。对定温定压下的可逆电池而言:(ΔrGm)T，P=-nFE式中，F为法拉弟(Farady)常数;n为电极反应式中电子的计量系数;E为电池的电

2、动势。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。对于任一电池，其电动势等于两个电极电势之差值，其计算式为：E=φ+－φ—对于锌-铜电池而言，φ+=φθCu2+/Cu-RT/2Fln(1/a(Cu2+))φ—=φ

3、θZn2+/Zn-RT/2Fln(1/a(Zn2+))其中φθCu2+/Cu和φθZn2+/Zn是当φθZn2+/Zn=a(Zn2+)=1时，铜电极和锌电极的标准电极电势。电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极作为标准(标准氢电极是氢气压力为101325Pa，溶液中为1)，其电极电势规定为零。将标准氢电极与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出。对

4、铜电极可设计电池如下:Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜KCl(饱和)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S)铜电极的反应为:Cu2++2e→Cu甘汞电极的反应为:2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e电池电动势:(饱和甘汞)所以(饱和甘汞)已知(饱和甘汞)，测得电动势E，即可求得。所以(饱和甘汞)测定浓差电池的电动势设计电池如下:(m1)(m2)Cu(S)｜CuSO4(0.0100mol·kg-1)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S)电池的电动势三、仪器、试剂电位差计1台;直流复射式检流计1台;精密稳压电源(或蓄电池)1台;标准电

5、池1只;铜电极2只;饱和甘汞电极1只;锌电极1只;毫安表1只;U型管1只。锌片;铜片;CuSO4(0.1000mol·kg-1);CuSO4(0.0100mol·kg-1);ZnSO4(0.100mol·kg-1);镀铜溶液;稀HNO3溶液;稀H2SO4溶液;Hg2(NO3)2饱和溶液;KCl饱和溶液;琼脂(C.P.)。四、实验步骤 1.电极的制备(1)锌电极的制备将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻，取出洗净，浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约5s，表面上即生成一层光亮的汞齐，用水冲洗晾干后，插入0.1000mol·L-1ZnSO4中待用。(2)铜电极的制备将铜电极在稀硝酸

6、中浸泡片刻，取出洗净，作为负极，以另一铜片作正极在镀铜液中电。线路如图所示。控制电流为10mA，电镀60min得表面呈红色的Cu电极，用蒸馏水洗净后放入0.1000mol·kg-1CuSO4中备用。2.盐桥制备取100ml蒸馏水加热煮沸，加入1.5g琼脂溶解后加入20gKCl溶解，然后趁热将琼脂胶体注入U型玻璃管中，保持此充满状态冷却到室温，即凝固成冻胶固定在管内。取出擦净备用。3.电动势的测定(1)按电位差计电路图，接好测量电路。(2)据有关标准电池的附录中提供的公式，计算室温下的标准电池的电动势。(3)分别测定下列四个原电池的电动势。①Zn(S)｜ZnSO4(

7、0.1000mol·L-1)‖饱和KCl溶液｜Hg2Cl2(S)｜Hg(l)②Hg(l)｜Hg2Cl2(S)｜饱和KCl溶液‖CuSO4(0.1000mol·L-1)｜Cu(S)③Zn(S)｜ZnSO4(0.1000mol·L-1)‖CuSO4(0.1000mol·L-1)｜Cu(S)④浓差电池Cu(S)｜CuSO4(0.0100mol·L-1)‖CuSO4(0.1000mol·L-1)｜Cu(S)五、原始数据①Zn(S)｜ZnSO4(0.1000mol·L-1)‖饱和KCl溶液｜Hg2Cl2(S)｜Hg(l)E=1.05311V②Hg(l)｜Hg2Cl2(S)｜

8、饱和KCl