原电池电动势测定.doc

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1、原电池电动势的测定实验目的1．测定Zn－Cu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．掌握数字式电位差计的测量原理和正确使用方法。实验原理电池放电过程中，正极起还原反应，负极起氧化反应，电池反应是电池中所有反应的总和。在恒温恒压、可逆的条件下，电池反应有：（1）式中，是电池反应的吉布斯自由能变化量，n为电池反应中得失电子的数目；E为电池电动势；F是法拉第常数。测定E值后，即可求得及其它热力学函数，但要求电池反应是“可逆”的，即电池反应为可逆，，不存在任何不可逆

2、的液接界；其次要求电池在可逆下工作，即充放电必须在准平衡状态下工作，只允许无限小的电流通过电池，因此在设计时设定所谓“盐桥”来消除液接界。所谓液接界是指电池的两个电极周围的电解质溶液性质不同，不处于平衡态，当这两种溶液相接触时存在一个液接液面，在液界面两侧会有离子向相反方向扩散，随时间延长，扩散达到相对稳定，而在液界面上产生一个微小电势差，称之为“液接界电势”。常用盐桥来消除或降低液接界电势。常见盐桥采用高浓度或饱和KCl溶液充满玻璃管，其两端分别与两种溶液相接时，界面上主要由K+、Cl－的向稀

3、溶液扩散，K+、Cl－的摩尔电导率接近，因此减小了液接界电势，而且盐桥两端液接界电势符号相反，可使两端液接界电势抵消一部分。在测量电池电动势时，为使其接近热力学可逆状态，采用电位差计测量，，原电池电动势是两个电极电动势的代数和，由（1）式可推导出电池电动势和电极电势的表达式。Cu－Zn电池：Zn(s)

4、ZnSO4(m1)

5、

6、CuSO4(m2)

7、Cu（s）当电池放电时：负极氧化Zn→Zn2+(Zn2+)+2e-正极还原Cu2+(Cu2+)+2e-→Cu总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu则电池反

8、应的=+RT㏑()(2)标准态时：==(3)则=-(4)而=所以，对Cu－Zn电池：=(5)对单个离子，其α无法确定，但强电解质活度与平均摩尔浓度有以下关系：(6)是离子的平均活度系数，其大小与物质浓度、离子种类、实验温度有关。==0.15因为电极电势绝对值无法测定，实际测量中，需要将某一电极电势作为“零标准”，即参比电极，本实验中采用饱和甘汞电极作为零标准电极。电动势测定必须是在可逆状态下进行，电位差计即是应用对消法原理（在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池）来达到平衡状态的。本实验

9、是在室温下测得电极电势，要计算298K标准电极电势φTθ，则Cu电极：Zn电极：实验仪器与试剂DSC型电位差计1台标准电池1个饱和甘汞电极1支Cu、Zn电极各一根饱和硝酸亚汞A.R.CuSO4溶液0.1饱和KCl溶液A.R.HNO36烧杯若干砂纸实验步骤1.将电位差计插上电源预热10分钟，面板上选择开关需置于“内标”档；2.制备电极Cu电极：将Cu电极抛光后浸入6HNO3溶液内除氧化物及污物，清洗后以此作为阴极；另一同法处理的Cu棒作阳极，在镀铜溶液中进行电镀30min，电流密度为20mA/cm

10、2，取出洗净浸入装有0.1CuSO4溶液的电解质中。Zn电极：将抛光后的Zn电极浸入稀H2SO4溶液数十秒，除去表层氧化物，用去离子水冲洗干净，浸入饱和硝酸亚汞溶液中3~5s，取出用滤纸擦拭，上面有一层十分光亮的锌汞齐即可，再用水冲洗，浸入装有0.1H2SO4溶液的电解池中。注意：用后的硫酸、硝酸及硝酸亚汞溶液不要倒掉！保持桌面整洁！3.根据室温计算出标准电池的电动势，用来校正电位差计。E标准/V=1.018646－[40.6(T－293)+0.95(T－293)2－0.01(T－293)3]×

11、10－64.将标准电池接入电路（正负极勿反！）选择开关置于“外标”档，调节面板上的电位旋钮使得显示读书等于第三步计算值，最后一位读数用微调旋钮调节，然后按“清零”旋钮，即校正好仪器。5.将待测电池接入电路，选择开关置于“测量”档，调节面板上的电位旋钮及微调旋钮，使得面板上的电流显示为零，此时的电位值即为待测电池的电动势。因Cu电极易被氧化，先测甘汞－铜、锌－铜电池，最后测锌－甘汞电池；每个电池测3次取平均值。电池组合：Hg(s)

12、Hg2Cl2(s)

13、KCl(饱和)

14、

15、CuSO4（0.100）

16、C

17、u（s）Zn(s)

18、ZnSO4(0.100)

19、

20、CuSO4(0.100)

21、Cu(s)Zn(s)

22、ZnSO4(0.100)

23、

24、KCl(饱和)

25、Hg2Cl2(s)

26、Hg(s)数据记录与处理（1）温度T=293.4K/V=1.018646－[40.6(T－293)+0.95(T－293)2－0.01(T－293)3]×10－6=1.01863V/V=0.2415－7.61×10－4(T－298)=0.2450V(2)实验测得电动势列表E123平均甘汞—铜0.040430.040480.040440.