物理化学实验-电池电动势的测定实验报告

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时间:2018-01-21

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1、原电池电动势的测定与应用华南师范大学化学与环境学院合作:指导老师:林晓明一、实验目的①掌握电位差计的测量原理和原电池电动势的测定方法;②加深对可逆电池,可逆电极、盐桥等概念的理解;③测定电池(Ⅰ)及电池(Ⅱ)的电动势;④了解可逆电池电动势测定的应用。二、实验原理1.用对消法测定原电池电动势:原电池电动势不能能用伏特计直接测量,因为电池与伏特计连接后有电流通过,就会在电极上发生极化,结果使电极偏离平衡状态。另外,电池本身有内阻,所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压。而测量可逆电池的电动势,只能在无电流(或极小电流)通过电池的情况下进行,因此采用对消法(又叫补偿法)。对消法是

2、在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源,这样待测电池中没有电流通过,外加电源的大小即等于待测电池的电动势。本实验使用的电动势测量仪器是SDC型数字电位差计,它是利用对消法原理设计的。2.原电池电动势测定:电池的书写习惯是左方为负极,右方为正极。负极进行氧化反应,正极进行还原反应。如果电池反应是自发的,则电池电动势为正。符号“

3、”表示两相界面,“

4、

5、”表示盐桥。在电池中,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只差就等于该可你电池的电动势,规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差,即E=φ+-φ-式中,E是原电池的电动势。φ+、φ-分别代

6、表正、负极的电极电势。根据电极电位的能斯特方程,有+-RT/ZF·ln(α还原/α氧化)--RT/ZF·ln(α还原/α氧化)电池(Ⅰ)Hg

7、Hg2Cl2(s)

8、KCl(饱和)‖AgNO3(0.02mol/L)

9、Ag负极反应:Hg+Cl-(饱和)1/2Hg2Cl2+e-正极反应:Ag++e-Ag总反应:Hg+Cl-(饱和)+Ag+1/2Hg2Cl2+Ag根据电极电位的能斯特公式,正极银电极的电极电位:φAg/Ag+=φθAg/Ag++0.05916VlgɑAg+其中φθAg/Ag+=0.799-0.00097(t-25)又因AgNO3浓度很稀,ɑAg+≈[Ag+]=0.02

10、负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值,故其电极电位只与温度有关,其关系式:φ饱和甘汞=0.2415-0.00065(t–25)而电池电动势E=φ+-φ-;可以算出该电池电动势的理论值。与测定值比较即可。3.电动势测定的应用:求溶液的pH值,通常将醌氢醌电极与饱和甘汞电极组成原电池,测定其电动势,则溶液的pH值可求。电池(Ⅱ)Hg

11、Hg2Cl2

12、KCl(饱和)

13、

14、H+(0.2mol/LHAc+0.2mol/LNaAc)Q·QH2

15、Pt醌氢醌是一种暗褐色晶体,在水中溶解度很小,在水溶液中依下式部分溶解。C6H4O2·C6H4(OH)2(醌氢醌)==C6H4O2

16、(醌)+C6H4(OH)2(氢醌)在酸性溶液中,对苯二酚解离度极小,因此醌与对苯二酚的活度可以认为相同,即α醌=α氢醌。醌氢醌电极的制备很简单,只需待测pH值溶液以醌氢醌饱和,浸入惰性电极(铂电极)中即可。醌氢醌电极作为还原电极时,电极反应是C6H4O2(醌)+2H++2e-→C6H4(OH)2(氢醌)其电动势为:φ醌氢醌=φθ醌氢醌–RT/F·ln1/αH+=φθ醌氢醌-2.303RT/F·pH其中φθ醌氢醌=0.6994-0.00074(t-25)通过实验测得电池的电动势,就可以计算出溶液的pH值。三、实验仪器及用品1.实验仪器:SDC数字电位差计、超级恒温槽、饱和甘汞

17、电极、光亮铂电极、银电极、250mL烧杯、20mL烧杯、U形管。2.实验试剂:0.02mol/L的硝酸银溶液、饱和氯化钾溶液、硝酸钾、琼脂。四、实验步骤1.制备盐桥3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法:在250mL烧杯中,加入100mL蒸馏水和3g琼脂,盖上表面皿,放在石棉网上用小火加热至近沸,继续加热至琼脂完全溶解。然后加入40g硝酸钾,充分搅拌使硝酸钾完全溶解后,趁热用滴管将它灌入干净的U形管中,两端要装满,中间不能有气泡,静置待琼脂凝固后便可使用。制备好的盐桥丌使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中,防止盐桥干涸。2.组合电池将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中。将一个

18、20mL小烧杯洗净后,用数毫升0.02mol/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗,然后装此溶液至烧杯的2/3处,插入银电极,用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池。3.测定电池的电动势①根据Nernst公式计算实验温度下电池(I)、(Ⅱ)的电动势理论值。②正确接好测量电池(I)的线路。电池与电位差计连接时应注意极性。盐桥的两支管应标号,让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。③用SDC数字电位差计测量电池(I)的电动势。每隔2min测一次,共测三次。④同法,用SDC数字电位差计测量电池(

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