电动势与温度关系的测定

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1、电动势与温度关系的测定一、实验目的1.了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念，掌握电位差计的测量原理和使用方法。2.掌握用电动势法测定化学反应热力学函数的原理和方法。3.测定电池在不同温度下的电动势值，并计算电池反应的热力学函数。二、实验原理电池由正、负两个电极组成。电池在放电过程中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电池内部还可能发生其它过程（如发生离子迁移）。电池反应是电池中所有反应的总和。从化学热力学知道，在恒温恒压可逆条件下，电池反应的自由能的改变值等于对外所作的最大非体积功，如果非体积功只有电功一种，则有：（1）式中z为电池输出元电荷的物质的量，单位为摩

2、尔（mol）；E为可逆电池的电动势，单位为伏特（V）；F为法拉第常数。上式只有在恒温恒压可逆条件下才能成立，这就首先要求电池反应本身是可逆的，即要求电池的电极反应是可逆的，且不存在任何不可逆的液接界。另外，电池还必须在可逆的情况下工作，即放电和充电过程必须发生在接近平衡状态下，所通过的电流必须十分微小。化学反应的热效应可以直接用量热计测量，也可以用电化学方法来测量。将化学反应设计成可逆电池，在一定条件下，电池的电动势可以准确测得。因此，用电化学方法所得数据较热化学方法所得数据更可靠。利用对消法可以测定电池的电动势E，即可计算出相应的电池反应的自由能改变值，可以通

3、过可逆电池电动势测定的电化学方法来解决热力学问题。根据吉布斯－亥姆霍茨公式：（2）将（18－1）式代入（18－2）式，得：由于（3）将（2）式代入（3）式，得：（4）因此，将化学反应设计成一个可逆电池，在恒定温度和压力下，测量电池的电动势，代入（1）式，即可得到该恒定温度下的反应的自由能改变值。连续测定各个温度下该可逆电池的电动势，将电池的电动势对温度作图，由此曲线的斜率可以计算出任一温度下的值，将此值代入（3）式和（4）式，即可求得该反应在一定温度下的热力学函数和。本实验化学反应式为：为求此反应的热力学函数，可将该反应设计成一个可逆的电池：电池电动势不能直接用

4、伏特计来测量，因伏特计与电池接通后，必须有适量的电流通过才能使伏特计显示，这时电池已是不可逆电池。另外电池本身有内阻，伏特计测量的是两电极的电位降，所以测量可逆电池的电动势必须在几乎没有电流通过的情况下进行。测定电动势常用波根多夫（Poggendoff）对消法进行。将电池加盐桥，以消除液体接界电势，可以近似地当作可逆电池来处理。所谓盐桥，是指一种正负离子迁移数比较接近的盐类所构成的桥，用来连接原来产生显著液接界电势的两种液体，从而使其彼此不直接接界。常用的盐桥是3％洋菜－饱和KCl盐桥，也可用NH4NO3或KNO3盐桥。这样，根据不同温度下的电动势数据，就可以计

5、算出该反应的热力学函数。三、实验步骤1、电极处理：1）Zn电极：用细砂纸把Zn电极擦亮，用蒸馏水洗净擦干。2）Pt电极：用蒸馏水洗净擦干。2、电池的组装：1）取两个电解池，放置于支架上，用乳胶管将电解池和盐桥连接，构成U形管。移取1.0mol/LZnCl2溶液20mL注入一个电解池；移取0.2mol/mLK3Fe(CN)6溶液10mL和0.2mol/mLK4Fe(CN)6溶液10mL注入另一个电解池。2）将Zn电极插入到ZnCl2溶液一侧，Pt电极插入到K3Fe(CN)6和K4Fe(CN)6溶液一侧。3、将支架放入玻璃恒温水浴中，调节水浴温度为25℃。用玻璃棒搅

6、拌电解池内溶液后，迅速连接好测试线路（Zn接负极，Pt接正极）。4、电位差计的校正：1）将所有旋钮置于“0”处，补偿旋钮左旋至底。2）将“测量选择”旋钮置于“内标”处，将100旋钮置于“1”处。3）待“检零指示”数值稳定后，按下“采零”键，此时“检零指示”为0000。4）将“测量选择”旋钮置于“测量”处，100旋钮置于“0”处。5、电动势的测量：开动水浴，恒温15min后进行测量。1）调节100-104旋钮，使“检零指示”显示为负数且绝对值最小。2）调节补偿旋钮，使“检零指示”为0000，此时“电位显示”数值为被测电动势数值，记录两次数据。注意事项：不可大力旋转

7、旋钮，防止仪器损坏。6、以相同方法测量30℃、35℃、40℃、45℃、50℃的电池电动势，分别记录两次数据注意事项：在每一个温度的电动势测量结束后，100-104旋钮置于“0”处，补偿旋钮左旋至底，方可进行下一个温度的测试。7、实验结束后，将100-104旋钮置于“0”处，补偿旋钮左旋至底，关闭电源；将盐桥重新放入溶液中浸泡，电解池洗净。图1电池装置图A．Pt电极；D．锌电极；B．K3Fe(CN)6+K4Fe(CN)6溶液；　　　　　　E．ZnCl2溶液；C．导气管；f．盐桥；g．液封四、数据处理表1数据记录与处理表T/KE1/VE2/V/V.K-1/kJ.mo

8、l-1/kJ.mol-1