实验九 原池电动势和电极电势的测定.doc

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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)掌握可逆电池电动势的测量原理和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-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

2、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

3、：(2.9.2)(2.9.3)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

8、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，所以可以被确定，进而可由式2.9.5求出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

9、ZnSO4(m1)

10、

11、KCl(1mol·kg-1)

12、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

13、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Cu-Zn电池来说：Cu电极：·Zn电极：··3仪器试剂数字式电位差计恒温槽一套Cu、Zn电极Ag-AgCl电极0.1mol﹒kg-1ZnSO4溶液0.1mol﹒kg-1CuSO4溶液1mol﹒kg-1KCl溶液4实验步骤(1)制备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。(2)

14、制备Cu电极：若用一纯Cu棒，用稀H2SO4浸洗处理，擦净后用蒸馏水洗净，亦可直接作为Cu电极。(3)制备Ag-AgCl电极（已制好）(4)制备饱和KCl盐桥：(已制备好)。(5)测量Cu-Zn电池的电动势：如图2.9.1那样，用盐桥把Cu电极和Zn电极连接起来，把该电池的Zn极(负极)与电位差计的负极接线柱相接，Cu极(正极)与电位差计的正极接线柱相连。每隔3min测一次电动势E。每测一次后都要将开关推向标准，对电位差计进行校准。若连续测量的几次数据不是朝一个方向变动，或在15min内，其变动小于0.5mV，可以认为其电动势是稳定的，取最后几次连续测量的平均值作为该电池的电

15、动势。(6)测量Zn电极与Ag-AgCl电极所组成的电池的电动势：用盐桥连接这两个电极，同(5)的方法测量其电动势。在这个电池中，Ag-AgCl电极是正极，Zn电极为负极。(7)测量Cu电极与Ag-AgCl电极所组成的电池的电动势：用盐桥连接这两个电极，同(5)的方法测量其电动势。在该电池中Ag-AgCl电极为负极，Cu电极为正极。5数据处理室温:____________气压：____________(1)数据记录：①电池电动势：电池电池反应电动势平均计算值测得值(1)(2)(3)Cu-Zn电池Cu-