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实验九原电池电动势的测定及应用
一、实验目的
1.测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势。
2.学会几种电极的制备和处理方法。
3.掌握数字电位差计的测量原理和正确的使用方法。
二、实验原理
电池由正、负两极组成。电池在放电过程中,正极起复原反响,负极起氧化反响,电池
内部还可以发生其它反响,电池反响是电池中所有反响的总和。
电池除可用来提供电能外,还可用它来研究构成此电池的化学反响的热力学性质。从化
学热力学知道,在恒温、恒压、可逆条件下,电池反响有以下关系:
GnFE〔9-1〕
式中G是电池反响的吉布斯自由能增量;n为电极反响中得失电子的数目;F为法拉第常
数〔其数值为96500Cmol1〕;E为电池的电动势。所以测出该电池的电动势E后,进而
又可求出其它热力学函数。但必须注意,测定电池电动势时,首先要求电池反响本身是可逆
的,可逆电池应满足如下条件:
(1)电池反响可逆,亦即电池电极反响可逆;
(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界;
(3)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下进展,亦即允许通过
电池的电流为无限小。
因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件,在准确度不高的测量
中,常用正负离子迁移数比拟接近的盐类构成盐桥〞来消除液接电位。
在进展电池电动势测量时,为了使电池反响在接近热力学可逆条件下进展,采用电位计
测量。原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和,如能测定出两个电极的电势,就
可计算得到由它们组成的电池的电动势。由〔9-1〕式可推导出电池的电动势以及电极电势
的表达式。下面以铜-锌电池为例进展分析。电池表示式为:
.z.
-
符号|〞代表固相〔Zn或Cu〕和液相〔ZnSO或CuSO〕两相界面;‖〞代表连通两个液
44
相的盐桥〞;m和m分别为ZnSO和CuSO的质量摩尔浓度。
1244
当电池放电时,
负极起氧化反响:Zn(s)ƒZn2(aZn2)2e
正极起复原反响:Cu2(aCu2)2eƒCu(s)
电池总反响为:Zn(s)Cu2(aCu2)ƒZn2(aZn2)Cu(s)
电池反响的吉布斯自由能变化值为:
aZn2aCu
GGRTln〔9-2〕
aCu2aZn
上述式中G为标准态时自由能的变化值;a为物质的活度,纯固体物质的活度等于1,即
aCuaZn1。而在标态时,aCu2aZn21,那么有:
GGnFE〔9-3〕
式中E为电池的标准电动势。由〔9-1〕至〔9-1〕式可得:
RTa2
EElnZn〔9-4〕
nFa2
Cu
对于任一电池,其电动势等于两个电极电势之差值,其计算式为:
E〔9-5〕
RT1RT1
对铜-锌电池而言2ln
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