物理化学实验_电池电动势的测定实验报告.docVIP

原电池电动势的测定与应用 华南师范大学 化学与环境学院 合作: 指导老师：林晓明 一、实验目的 ① 掌握电位差计的测量原理和原电池电动势的测定方法； ② 加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解； ③ 测定电池(Ⅰ)及电池（Ⅱ）的电动势； ④ 了解可逆电池电动势测定的应用。 二、实验原理 1.用对消法测定原电池电动势： 原电池电动势不能能用伏特计直接测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生极化，结果使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压。而测量可逆电池的电动势，只能在无电流（或极小电流）通过电池的情况下进行，因此采用对消法（又叫补偿法）。 对消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势。 本实验使用的电动势测量仪器是SDC型数字电位差计，它是利用对消法原理设计的。 2.原电池电动势测定： 电池的书写习惯是左方为负极，右方为正极。负极进行氧化反应，正极进行还原反应。如果电池反应是自发的，则电池电动势为正。符号“|”表示两相界面，“||”表示盐桥。 在电池中，电极都具有一定的电极电势。当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势只差就等于该可你电池的电动势，规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差，即 E=φ+-φ- 式中，E是原电池的电动势。φ+、φ-分别代表正、负极的电极电势。 根据电极电位的能斯特方程，有 + -RT/ZF·ln(α还原/α氧化) - -RT/ZF·ln(α还原/α氧化) 电池（Ⅰ）Hg|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)‖AgNO3(0.02mol/L)|Ag 负极反应：Hg + Cl-（饱和） 1/2Hg2Cl2 + e- 正极反应：Ag+ + e- Ag 总反应：Hg + Cl-（饱和）+ Ag+ 1/2Hg2Cl2 + Ag 根据电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位： φAg/Ag+ = φθAg/Ag+ + 0.05916V lgɑAg+ 其中 φθAg/Ag+ = 0.799 - 0.00097（t-25） 又因AgNO3 浓度很稀，ɑAg+ ≈ [Ag+] = 0.02 负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值，故其电极电位只与温度有关，其关系式： φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t–25) 而电池电动势 E = φ+ - φ-；可以算出该电池电动势的理论值。与测定值比较即可。 3.电动势测定的应用： 求溶液的pH值，通常将醌氢醌电极与饱和甘汞电极组成原电池，测定其电动势，则溶液的pH值可求。 电池（Ⅱ）Hg|Hg2Cl2|KCl（饱和）||H+（0.2mol/L HAc+0.2mol/L NaAc）Q·QH2|Pt 醌氢醌是一种暗褐色晶体，在水中溶解度很小，在水溶液中依下式部分溶解。 C6H4O2·C6H4(OH)2（醌氢醌）== C6H4O2(醌)+C6H4(OH)2(氢醌) 在酸性溶液中，对苯二酚解离度极小，因此醌与对苯二酚的活度可以认为相同，即 α醌=α氢醌。 醌氢醌电极的制备很简单，只需待测pH值溶液以醌氢醌饱和，浸入惰性电极（铂电极）中即可。醌氢醌电极作为还原电极时，电极反应是 C6H4O2（醌）+2H+ +2e- →C6H4(OH）2（氢醌） 其电动势为：φ醌氢醌 =φθ醌氢醌 –RT/F·ln 1/αH+ =φθ醌氢醌 -2.303RT/F ·pH 其中φθ醌氢醌 =0.6994-0.00074（t-25） 通过实验测得电池的电动势，就可以计算出溶液的pH值。 三、实验仪器及用品 1.实验仪器： SDC数字电位差计、超级恒温槽、饱和甘汞电极、光亮铂电极、银电极、250mL烧杯、20mL烧杯、U形管。 2.实验试剂： 0.02mol/L的硝酸银溶液、饱和氯化钾溶液、硝酸钾、琼脂。 四、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。制备好的盐桥丌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。 3.测定电池的电动势