物理化学实验__电动势的测定..docx

电动势的测定姓名：张腾 学号：2012011864班级：化21 同组实验者：李灿实验日期：2015年3月26日提交报告日期：2015年3月28日实验助教：黄正宏1引言本实验中制备锌电极、银电极，然后用饱和甘汞电极作参比电极，测量这两个电极的电极电动势、测量银浓差电池的电动势。1.1 实验目的：1、掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。2、了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。3、测定Ag+/Ag、Zn/Zn2+电极电势和Ag浓差电池电动势。1.2 实验原理：电动势的测量在物理化学研究中有重要的意义和广泛的应用。在恒温恒压可逆条件下，电池反应的吉布斯自由能的改变值等于对外所作的最大非体积功，如果非体积功只有电功一种，则1.2.1.对消法测电动势的原理然而，电池电动势不能直接用伏特计来测量。因为电池与伏特计联接后必须有适量的电流流过，才能使伏特计显示，这时的电池已不是可逆电池。有电流通过，就会在电极上发生极化，使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计所量得的仅仅是不可逆电池的端电压。测量电池电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需用对消法(又叫补偿法)来测定电动势。对消法的原理是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。对消法测电动势常用的仪器为电位差计，其简单原理如图1所示。电位差计由三个回路组成：工作电流回路、标准回路和测量回路。图1对消法测定原理图（1）工作电流回路AB为均匀滑线电阻，通过可变电阻R及工作电源E构成回路，其作用是调节可变电阻R，使流过回路的电流成为某一定值。这样AB上有一定的电位降产生。工作电源E可用蓄电池或稳压电源，其输出电压必须大于待测电池的电动势。（2）标准回路S为电动势精确已知的标准电池，C是可在AB上移动的接触点，K是双向开关，KC间有一灵敏度很高的检流计G。当K扳向S一方时，AC1GS回路的作用是校准工作回路，以确定AB上的电位降。如标准电池S的电动势为1.01865V，则先将C点移动到AB上标记1.01865V的C1处，迅速调节R直至G中无电流通过。这时S的电动势与AC1之间的电位降与AC1间的电位降大小相等、方向相反而对消。（3）测量回路当双向开关K换向X的一方时，用AC2GX回路根据校正好的AB上的电位降来测量未知电池的电动势。在保持校准工作电流不变的情况下，在AB上迅速移动到C2点，使G中无电流通过，这时X的电动势与AC1间的电位的电位降大小相等，方向相反而对消，于是C2点所标记的电位降为X的电动势。由于使用过程中工作电池的电压会有所变化，要求每次测量前均需重新校准工作回路的电流。1.2.2电极电势的测定原理：电池使由2个半电池组成的。电池电动势是两电极的代数和。当电势都以还原电势表示时，以丹尼尔电池为例：Zn|Zn2+(a1)||Cu2+(a2)|Cu负极反应：Zn→Zn2++2e-正极反应：Cu2++2e-→Cu电池反应：Zn+Cu2+→Cu+Zn2+式中、分别为锌电池和铜电池的标准电势。为溶液中锌离子的活度和铜离子的活度均等于1时的电池电动势。在电化学中，电极电势的绝对值至今还无法测定，而是以某一电极的电极电势作为零，然后将其它的电极与它组成电池，规定该电池的电动势为该被测电极的电极电势。通常将标准氢电极电势规定为零。由于氢电极制备及使用不方便等缺点，一般常用另外一些制备工艺简单、易于复制、电势稳定的电极，如甘汞电极和氯化银电极等，作为参比电极来代替氢电极。实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验仪器：表1 仪器列表仪器型号其它稳压电源XY-965K新英电器有限公司数字电位差计UJ330-1上海精密科学仪器有限公司参比电极232型误差：0.04%Ox+200μV半电池管3个饱和甘汞电极1只锌电极1只银电极2只小烧杯15ml 2个实验药品：0.1000mol/kg-1ZnS04，0.1000mol/kg-1AgCl，0.1000mol/kg-1KCl，饱和KCl盐桥，饱和KNO3盐桥，饱和硝酸亚汞溶液。2.2 实验条件室温：17.5℃ 大气压：102.45 kPa2.3 实验操作步骤及注意事项2.3.1电极的制备：用抛光砂纸将锌电极表面打磨光滑，然后用去离子水冲洗，用滤纸擦干，再浸入饱和硝酸亚汞溶液中3~5秒，使表面覆盖一层均匀的汞齐。把两根银电极用抛光砂纸轻轻擦亮，再用去离子水洗净擦干，然后把两银电极浸入AgNO3溶液中测量电动势，若两电极间电位差小于0.005 V方可使用，否则需重新处理。2.3.2 Zn | ZnSO4半电池和Ag | AgNO3半电池的制备：如图2安装半电池。用洗耳球从支管D处将0.1000 mol·L-1 ZnSO4（或