4电动势的测定.doc

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（KSP）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： E?E??E? 式中E?、E?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E?、E?）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： 式中：z为电池反应的转移电子数，?B为参加电极反应的物质B的化学计量数，产物?B为正，反应物?B为负。 本实验涉及的个电池为： （1）（一）Ag（s），AgCl（s）│KCl（0.00 mol·L-1）││AgNO3（0.100 mol·L-1）│Ag（s）（+） （2）（一）Hg（l），Hg2Cl2（s）│KCl（饱和）││AgNO3（0.100 mol·L-1）│Ag（s）（+）（一）Ag（s），AgCl溶液││AgNO3（0.10 mol·L-1）│Ag（s）（+） 在上述电池中用到的三个电极是： （1） 银电极： 电极反应式中：t为摄氏温度（下同）， （2） 甘汞电极： 电极反应： 温度有关，其关系式为： （3） 银—氯化银电极 电极反应 根据溶度积关系式三、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99.5%）；KNO3盐桥；10mL小烧杯；电阻箱。 药品：饱和KCl溶液； 0.0200 mol·L-1KCl溶液；0.1 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0.5mm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0.1M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0.1MHCl中，长度为2cm(2根)，银丝直径为0.5mm计算） 银丝表面积2∏R*h=∏D*h I=PI*S=5mA/cm2*{∏*0.5*10ˉ1*2cm/根*2根}=3.14mA， 取3mA 若银丝长度为3cm,则I=PI*S=5mA/cm2*[3.14*0.5*10-1*3cm/根*2根]=4.2mA约 4.5mA 在HDY-1恒电流仪上，若量程为10mA，电流量为-0.3mA, 电压为+ -0.45mA*(10mA)=4.5mA 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=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（） 用1支Ag/AgCl电极、一个KNO3盐桥和一支Ag/Ag+电极组成电池（），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（）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0.0200 mol·L-1