电池电动势的测定及其应用实验报告.docx
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电池电动势的测定及其应用实验报告
CompanyDocumentnumber：
WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
电池电动势的测定及其应用实验报告
电池电动势的测定及其应用
一、实验目的：
1．了解对消法测定电池电动势的原理；
2．掌握电动势测定难溶物溶度积（
）的方法；
3．掌握常用参比电极银一氯化银电极的制备方法。
二、实验原理：
电池由两个半电池组成（半电池包括一个电极和相应的电解质溶液），当电池放电时，进行氧化反应的是负极，进行还原反应的是正极。
电池的电动势就是通过电池的电流趋近于零时两极之间的电位差。
它可表示成：
式中
、
分别表示正、负电极的电位。
当温度、压力恒定时，电池的电动势E（或电极电位
、
）的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活度。
电极电位与有关离子活度之间的关系可以由Nernst方程表示：
（16-1）
式中：
z为电池反应的转移电子数，
为参加电极反应的物质B的化学计量数，产物
为正，反应物
为负。
本实验涉及的两个电池为：
（1）
（一）Ag（s），AgCl（s）│KCl（mol·L-1）││AgNO3（mol·L-1）│Ag（s）（+）
（2）
（一）Hg（l），Hg2Cl2（s）│KCl（饱和）││AgNO3（mol·L-1）│Ag（s）（+）
在上述电池中用到的三个电极是：
（1）银电极：
电极反应：
（16-2）
其中：
V
式中：
t为摄氏温度（下同），
（2）甘汞电极：
电极反应：
（16-3）
对于饱和甘汞电极，温度一定时，
为定值，因此饱和甘汞电极电位与温度有关，其关系式为：
V
（3）银—氯化银电极
电极反应
（16-4）
根据溶度积关系式
得
（16-5）
式中：
V
由上式可见，利用Nernst关系式可求得难溶盐的溶度积常数，为此我们将（16-2）、（16-4）两个电极连同盐桥组成电池（Ⅰ），其电动势可表示为：
=
=
=
整理得：
（16-6）
因此，给定电池（I）中左右半电池活度
和
，若测得电池（I）的电动势，依上式即可求出
的溶度积常数。
电池电动势一般采用Poggendorff对消法测定。
根据欧姆定律，电池电动势
，r为电池内阻。
当回路中电流
时，此时E=V，这就是对消法的基本原理，其测量方法如图1所示。
当K与EN连接时，移动接触点C，使G中无电流通过，此时AC上的电位降等于标准电池的电动势，又因AB是均匀电阻，故有
而当K与待测电池EX连接时，移动触点
，使回路中G上电流为零，则：
图1
对消法原理示意图
在温度一定时，标准电池电动势EN是定值，只要测量AC和
，就可求得待测电池的电动势EX。
三、仪器和药品：
仪器和材料：
UJ—25型直流电位差计（或数字式电位差综合测试仪）；直流复射式检流计（10-9A/mm）；毫安表；标准电池；甲级干电池（甲电池）；饱和甘汞电极；银电极；银丝（纯度%）；KNO3盐桥；10mL小烧杯；电阻箱。
药品：
饱和KCl溶液；mol·L-1KCl溶液；mol·L-1HCl溶液；稀氨水。
四、实验步骤：
1．Ag/AgCl电极制备
取经退火处理过、直径约为的银丝3根，用金相砂纸擦至发亮以除去银丝表面的氧化物，然后在稀氨水中浸泡数分钟。
取出用高纯度水洗净，再用滤纸吸干备用。
将其中二根银丝作阳极，另一根作阴极，分别插入的HCl溶液中，按图2所示的线路接通电路，调节电阻使阴极电流密度大约为5mA/cm2，电解20分钟，使银丝表面覆盖一层棕黑色的AgCl镀层。
镀层以均匀、致密为好。
电解完毕取出制好的电极，用纯水洗净，再用滤纸吸干（但不可用滤纸摩擦，以防镀层剥落）。
由于拉丝时引入杂质，电极电位偏图2电极制备装置示意图
差最大可达±5mV，但该电极稳定性尚好，可用作参比电极。
1，2-银电极；3-电阻箱；4-电源
电极制备：
电流值的选取（按电流密度3mA/cm2,浸入中，长度为2cm（2根），银丝直径为计算）
银丝表面积2∏R*h=∏DⅡ*h
I=PI*S=5mA/cm2*{∏**10ˉ1*2cm/根*2根}=，取3mA
若银丝长度为3cm,则I=PI*S=5mA/cm2*[**10-1*3cm/根*2根]=约
在HDY-1恒电流仪上，若量程为10mA，电流量为,电压为+
*（10mA）=
此时，红色夹子为“+”极，通过的电流密度为5mA/cm2
2.盐桥的制备
所谓“盐桥”，是指正负离子迁移数比较接近的盐类溶液（如KCl、KNO3和NH4NO3等水溶液）所构成的桥，用来连接两个半电池中的两个溶液，使其不直接接界，以消除或减小液体接界电势。
以KNO3盐桥为例，其制备方法是以琼胶：
KNO3：
H2O=：
20：
50的比例加入到烧杯中，加热溶解，用滴管将其灌入干净的U形管中，U形管中及管端不能留有气泡，冷却后待用。
3．组建电池（Ⅰ）
用1支Ag/AgCl电极、一个KNO3盐桥和一支Ag/Ag+电极组成电池（Ⅰ），并依照电位差计使用说明，接好电动势测量线路。
注意：
标准电池、工作电池的正、负极不能接错。
盐桥在插入之前要用蒸馏水淋洗（切勿用自来水！
），并用滤纸轻轻擦干，插入时注意在U形管口不要留有气泡。
两烧杯的液面基本平齐。
为了节省溶液，液面在烧杯1/3~1/2处即可。
4．校正工作电流
先读取环境温度，校正标准电池的电动势，调节直流电位差计面板右上方标准电池温度补偿旋钮至计算值。
将转换开关拨至“N”处，转动电位差计面板右方的工作电流调节旋钮“粗”“中”“细”“微”，使工作电流符合标准，校正完毕后，右方的工作电流调节旋钮在测定过程中不要再动。
5.测电池（Ⅰ）电池电动势
将转换开关拨至未知“X1”或“X2”处，将一支Ag/AgCl电极浸在mol·L-1KCl溶液中，测量此电池的电位，直至电位值在2~3分钟内基本不变（变化<）为止。
Ag/AgCl电极在安装时应注意，勿将露出的银与溶液接触。
重复测定步骤，再测另一支Ag/AgCl电极的电位。
6．组建电池（Ⅱ）
用饱和甘汞电极、KNO3盐桥和银电极组成电池（Ⅱ）。
安装甘汞电极时应注意拨去橡皮套和橡皮塞，并使甘汞电极内的液面高出烧杯中的液面。
7.测电池（Ⅱ）电池电动势
按步骤5测定。
五、数据处理：
A．理论值计算（实验温度T=14℃）：
（1）Eθ甘汞电极=（14-25）=（V）
EθAg/Ag+=（14-25）=（V）
EθAg/AgCl=（14-25）=（V）
（2）电池I：
E=E+-E-=EθAg/Ag++RT/FlnaAg+－EθAg/Agcl+RT/FlnaCl-
=+*96485）*ln***
=（V）
电池Ⅱ：
E’=E+-E-=EθAg/Ag++RT/FlnaAg+-Eθ甘汞电极-RT/FlnaCl-
=RT/FlnaAg+/acl-
=（V）
（3）E=EθAg/Agcl-EθAg/Ag+-RT/Fln（1/Ksp）=0（平衡）
lnKsp=－EF/RT=-*96485）/*=
Ksp=*10ˉ11
B．实验值：
实验温度：
__14℃__________大气压：
实验温度下的标准电动势
1.电池
（1）：
（一）Ag（s）,AgCl（s）|KClmol·L-1）||AgNO3mol·L-1）|Ag（s）（+）
电池反应：
Ag/AgCl电极
编号
电动势（V）
理论计算值
测量值
1
平均
2
平均
总平均
2.电池（Ⅱ）：
（一）Hg
（1）,Hg2Cl2（s）|KCl（饱和）||AgNO3mol·L-1）|Ag（s）（+）
电池反应：
电动势（V）
理论计算值
测量值
1
2
平均
六、讨论注意的问题：
1.测定线路接入时，标准电池应最后接入。
2.测定时，按钮不能长时间按下。
3.电极制备时，AgCl镀层应尽量卡些（浸入HCl液中的银丝应尽量长些）以免测定时未镀AgCl的银丝浸入溶液。
4.测量时小烧杯内溶液尽量等高。
5.甘汞电极使用时应拔去橡皮塞和橡皮套，电极内应有KCl晶体，电极内应有KCl晶体，电极内液面应高于小烧杯内液面。
6.电极制备时，电流大小的制备I=J*A测。
七、思考题：
1、实验前为什么要读取室温
答案：
为了求出室温下标准电池的电动势值，用于标准电池的校正。
2、如何测定未知电池的电动势（操作）
答案：
1）拔出“外标插孔”的测试线，再用测试线将被测电池按正、负极对应插入“测量插孔”。
2）将“测量选择”旋钮置于“测量”，将“补偿”旋钮逆时针旋到底。
3）由大到小依次调节面板上“100-10-4”五个旋钮，使“电位指示”显示的数值为负且绝对值最小。
4）调节“补偿旋钮”，使“检零指示”显示为“0000”，此时“电位指示”数值即为被测电池电动势的值。
5）重复上述各步，每隔2min测量一次，每个温度测三次，同时记录实验的准确温度即恒温槽中温度计的温度。
6）然后调节恒温槽的温度分别为其余4个温度，重复上述操作，测上述温度下电池的电动势E。
3、测定时为什么绝对不可将标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置
答案：
标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置会破坏电池中电极间的界面，使电池无非正常工作。
4、盐桥有什么作用
答案：
盐桥可降低液体接界电势。
5、可逆电池应满足什么条件应如何操作才能做到
答案：
可逆电池应满足如下的条件：
⑴电池反应可逆，亦电极电池反应均可逆。
⑵电池中不允许存在任何不可逆的液接界。
⑶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进行，亦即要求通过电池的电流应为无限小。
操作中
（1）由电池本性决定；
（2）加盐桥降低；（3）用对消法测量。
6、在测量电池电动势时，尽管我们采用的是对消法，但在对消点前，测量回路将有电流通过，这时测得的是不是可逆电池电动势为什么
答案：
因为有电流通过，不能满足可逆电池第三点，所不是可逆电池电动势。
7、为什么用伏特表不能准确测定电池电动势
答案：
不能用伏特计测量电池电动势，就是因为使用伏特计时，必须使回路中有电流通过才能驱动指针旋转，所测结果为不可逆电池两极间电势差，不是可逆电池电动势。
8、参比电极有什么作用
答案：
参比电极（二级标准电极）作用是代替标准氢电极测定电池电动势。
9、醌氢醌（Q·QH2）电极有什么用途
答案：
可做为参比电极测溶液瓣PH值或氢离子浓度。
10、电池在恒温时（没测量时）为什么要将电钳松开
答案：
防止电极极化
11、利用参比电极可测电池电动势，此时参比电极应具备什么条件
答案：
参比电极应具备条件是：
容易制备，电极电势有一定值而且稳定。
12、如何制备醌氢醌（Q·QH2）电极
答案：
在待测液中放入一定量的（Q·QH2），搅拌使这溶解，然后将一根铂电极放入待测液中。
13、为何测电池电动势要用对消法对消法的原理是什么
答案：
可逆电池要求电路中无电流通过，用对消法可满足这个条件。
用一个方向相反，数值相等的外电势来抵消原电池的电动势，使连接两电极的导线上I0，这时所测出的E就等于被测电池的电动势E。
14、如何由实验求电池的温度系数
，
答案：
通过测定恒压下电池在不同温度下的电动势E，由E-T数据作E-T关系图。
从曲线的斜率可求任意温度下的温度系数
，
15、选用作盐桥的物质应有什么原则
答案：
选用作盐桥的物质应有什么原则：
①盐桥中离子的r+≈r-，t+≈t-，使Ej≈0。
②盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。
③常用饱和KCl盐桥，因为K+与Cl-的迁移数相近。
作为盐桥的溶液不能与原溶液发生反应，当有Ag+时用KNO3或NH4NO3。
16、在测量电动势之前如何进行校准化操作（操作题）
答案：
0）根据室温按公式ES=计算标准电池在该室温下的ES。
1）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。
2）、将已知电动势的标准电池按“+”“—”极性与“外标插孔”连接。
3）、调节“100-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池数值相同。
4）、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。
17、如何调节恒温槽温度
答案：
例±℃。
按下“恒温控制器”的电源开关，左下角的红色按钮→左侧窗口显示的是当前恒温槽中的水温→按“控制器”上的“箭头”按钮进行调温→至右侧窗口设置实验温度区，十位数闪烁，→通过按“▲”“▼”按钮使十位数为“4”→再按“箭头”按钮，至个位数闪烁，数字为“5”→继续按“箭头”按钮，至小数点后第一位数闪烁，数字为“8”→继续按“箭头”按钮，至左侧窗口的“工作”灯亮，表示恒温槽开始工作→按“控制器”上的“回差”按钮，至→将“玻璃恒温水浴”上的“加热器”上的“开，关”按钮至“开”档“强，弱”按钮至“强”档→将“玻璃恒温水浴”上的“水搅拌”上的“开，关”按钮至“开”档“快，慢”按钮至“慢”档→设置完毕，设置的温度为±℃。
18、SDC-∏A型电位差计测定电动势过程中如何修正
答案：
0）根据室温按公式ES=计算标准电池在该室温下的ES。
1）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。
2）、将已知电动势的标准电池按“+”“—”极性与“外标插孔”连接。
3）、调节“100-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池数值相同。
4）、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。
19、如何使用甘汞电极，使用时要注意什么问题
答案：
1）、使用时要把电极下面的塞取下。
2）、使用时要用蒸馏水冲洗电极下方，用滤纸擦干。
3）、使用前要观察甘汞电极玻璃管是否还有液体，如果没了要重新加液或换一根新的。
20、如何防止电极极化
答案：
电路中如果有电流通过就会产生极化现象，在测量过程中始终通电，因此测量的速度要快，这样测出的数据才准，如果测量的时间越长，则电极极化现象越严重，不测量时电钳要松开。
21.本实验可否使用KCl盐桥为什么实验中不能用自来水淋洗盐桥
答案：
本实验不能使用KCl盐桥，选用盐桥的首要条件是盐桥不与溶液反应，溶液中含有Ag+，会于Cl-反应沉淀。
实验中不能用自来水淋洗盐桥，制备盐桥的首要条件是盐桥中正，负离子迁移速率相近，自来水中含有Ca2+,Mg2+等离子，用其冲洗盐桥，会使盐桥正，负离子迁移相近的条件受到破坏，从而给本实验的测定带来误差。
22.为什么不能用伏特计直接测定电池电动势
答案：
电池电动势的测定必须在电流接近于零的条件下进行，倘若用伏特表直接测定，虽然伏特计的内阻非常大，远远大于电池电阻，但用伏特计测定时其电流远大于零，消耗在电池内阻上的电流是不可忽视的。
即使说实验误差偏大，所得实验值与真实值偏大。
23.长时间按下按钮接通测量线路，对标准电池电动势的标准性以及待测电池电动势的测量有无影响
答案：
标准电池是高度可逆电池，其工作条件是通过的电流无限大，长时间按下按钮接通测量线路，在电流非无限的条件，会破坏标准电池的可逆性。
标准电池作为标准，受到破坏后，其电动势就变了，再以EX/EN=Ac′/Ac公式计算时，其EN还用原值，从而待测电动势的测量就不准确。
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