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

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（0.0200mol·L-1）││AgNO3（0.0100mol·L-1）│Ag（s）（+）

（2）

（一）Hg（l），Hg2Cl2（s）│KCl（饱和）││AgNO3（0.0100mol·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）

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=1.5：

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0.0200mol·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<0.1mV）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=0.2415-0.00065（14-25）=0.2487（V）

EθAg/Ag+=0.7991-0.00097（14-25）=0.8098（V）

EθAg/AgCl=0.2224-0.000645（14-25）=0.2295（V）

（2）电池I：

E=E+-E-=EθAg/Ag++RT/FlnaAg+－EθAg/Agcl+RT/FlnaCl-

=0.8098-0.2295+（8.314*287.15/96485）*ln（0.01*0.9*0.02*0.8）

=0.3614（V）

电池Ⅱ：

E’=E+-E-=EθAg/Ag++RT/FlnaAg+-Eθ甘汞电极-RT/FlnaCl-

=0.8098-0.2487+RT/FlnaAg+/acl-

=0.4474（V）

（3）E=EθAg/Agcl-EθAg/Ag+-RT/Fln（1/Ksp）=0（平衡）

lnKsp=－EF/RT=-（0.5803*96485）/（8.324*287.15）=-23.9523988

Ksp=3.95585*10ˉ11

B．实验值：

实验温度：

__14℃__________大气压：

___102.10kPa__________

实验温度下的标准电动势__1.01884V__________________

1.电池

（1）：

（一）Ag（s）,AgCl（s）|KCl（0.0200mol·L-1）||AgNO3（0.0100mol·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

0.3614

1__0.360325______

2__0.360326______

平均0.360326

2

0.3614

1__0.358369______

2__0.358323______

平均0.358346

总平均

0.359336

2.电池（Ⅱ）：

（一）Hg

（1）,Hg2Cl2（s）|KCl（饱和）||AgNO3（0.0100mol·L-1）|Ag（s）（+）

电池反应：

电动势（V）

理论计算值

测量值

0.4474

1

2

0.441272

0.441297

平均0.441284

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I→0，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=1.0183-4.06×10-5（t-20）,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45.8±0.1℃。

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0.1→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45.8±0.1℃。

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=1.0183-4.06×10-5（t-20）,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