物化实验报告电池电动势的测定及其应用

篇一：华师物化实验-原电池电动势的测定与应用

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告

学生姓名：dxh 学号：

专业：化学师范年级、班级：2011级化教六班 课程名称：物理化学实验 实验项目：原电池电动势的测定与应用 指导老师：蔡跃鹏 实验评分：

【实验目的】

1. 掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法；

2. 掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法； 3. 加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解； 4. 测定电池（1）的电动势；

5. 了解可逆电池电动势测定的应用；

6. 根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不同温度下的电动

势值，计算电池反应的热力学函数△G、△S、△H。

【实验原理】

可设计成原电池的化学反应，发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极，发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极，两个半点池组成一个原电池。电池的书写习惯是左方为负极，即阳极，右方为正极，即阴极。符号“|”表示 ”表示，。如电池反应是自发的，则其电动势为正，等于阴极电极电势E?与阳极电极电势E? 之差，即E?E??E?

以铜-锌电池为例。铜-锌电池又称丹尼尔电池（Daniell cell），是一种典型的原电池。此电池可用图示表示如下：

?ZnZnSO4(a1?1mol?kg?1)CuSO4(a2?1mol?kg?1)Cu?

左边为阳极，起氧化反应

ZnZn2?(a1)?2e

其电极电势为

?

E阳?E??E??

RTa(Zn)

ln 2Fa(Zn2?)

右边为阴极，起还原反应

Cu2?(a2)?2eCu

其电极电势

?

E阴?E??E??

RTa(Cu)

ln2?

2Fa(Cu)

总的电池反应

Zn?Cu2?(a2)Zn2?(a1)?Cu

原电池电动势

RTa(Zn2?)RTa(Zn2?)?

=E? E?(E??E?)?lnln2?2?

2Fa(Cu)2Fa(Cu)

?

?

??

E? 、E?分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势，a(Zn2?)和a(Cu2?)分

别为 Zn2?和Cu2?的离子活度。

本实验所测定的三个电池为：

1．原电池?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(AgNO3(0.01mol?dm?3)Ag(s)? 阳极电极电势 E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?0.2410?7.6?10?4(t/℃?25)

?阴极电极电势 E??EAg?/Ag?E?

Ag?/Ag

RT

lna(Ag?)F

E?/V?0.799?0.00097?(t/℃?25) Ag?/Ag

?原电池电动势 E?E??E??E?

Ag?/Ag

RT

lna(Ag?)?EHg2Cl2(s)/Hg F

2．原电池 ?AgAgCl(s)KCl(0.1mol?dm?3)AgNO3(0.01mol?dm?3)Ag? 阳极电极电势 E??E?AgCl(S)/Ag?

RT

lna(Cl?) F

RT

lna(Ag?) F

RT

lna(Cl?)a(Ag?) F

E?AgCl(S)/Ag/V?0.2221?0.000645?(t/℃?25)

? 阴极电极电势 E??EAg?/Ag?E?

Ag?/Ag

??E 原电池电动势 E?E??E??E?AgCl(S)/Ag??

Ag/Ag

??

其中 0.01mol?kg?1AgNO3的???0.90

0.1mol?kg?1KCl的???0.77

稀水溶液中mol?dm?3浓度可近似取mol?kg?1浓度的数

值。

3.

原

电

池

?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(饱和)

H?(0.1mol?dm?3HAc?0.1mol?dm?3

NaAc),Q?H2QPt?

阳极电极电势 E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?0.2410?7.6?10?4(t/℃?25)

?

阴极电极电势 E??EQ/H2Q?EQ/H2Q?

RT

lna(H?) F

RT

lna(H?)?EHg2Cl2(s)/Hg F

??4

EQ?25)/H2Q/V?0.6994?7.4?10(t/℃

?原电池电动势 E?E??E??EQ/H2Q??= EQ/H2Q?

2.303RT

PH?EHg2Cl2(s)/Hg F

即 pH?

?EQ/H2Q?EHg2Cl2(s)/Hg?E)

(2.303RT/F)

由此可知，只要测出原电池3的电动势，就可计算出待测溶液（HAc和NaAc缓冲溶液）的pH值。

测定可逆原电池的电动势常采用对消法（又称补偿法），其原理和方法在附录1、2、3中作了详细的介绍。通过原电池电动势的测定，还可以得到许多有用的数据，如离子活度等。特别是通过测定不同温度下原电池的电动势，得到原电池电动势的温度系数(?ET)p，由此可求出许多热力学函数，如计算相应电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变?rGm??zFE，摩尔反应焓

?rHm

?E?E

?S?zF()p等。 及摩尔反应熵??zFE?zF()prm

?T?T

如果电池反应中，反应物和生成物的活度均为1，温度为298.15K，则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准E?(298.15K)、

??

?rGm(298.15K)、和?rSm(298.15K)。

利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势，因此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数?rGm、?rHm、 ?rSm等比用量热法或化学平衡常数法求得的热力学数据更为准确可靠。原电池设计与制造的难度主要是电极的制备，所以对一些常用电极的制备方法作一些了解还是很有必要的（详见附录5）。

【仪器和药品】

ZD－WC数字电位差计（含附件） 1台 0.01 mol.dm-3 AgNO3溶液 标准电池

甘汞电极（饱和） 银-氯化银电极 光铂电极 银电极 吸耳球

1个 0.1 mol.dm-3 KCl溶液 1支 0.2 mol.dm-3 HAc溶液 1支 0.2 mol.dm-3 NaAc溶液 1支 KNO3盐桥 1个 100 ml烧杯

3个 1个

1支 醌氢醌固体粉末（黑色）

洗瓶

饱和氯化钾溶液

1个 50 ml广口瓶

10 ml移掖管

3个 3支

图11.1 ZD-WC数字电位差计； 左图为全图，右图为操作面板

【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。制备好的盐桥不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。 …… 此处隐藏：982字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……