对消法测定原电池电动势实验中电极制备的改进.pdf

第29卷 第2期 摇 摇 大 学 化 学 Vol.29 No.2 摇 2014年4月 UNIVERSITY CHEMISTRY Apr.2014 摇 对消法测定原电池电动势实验中电极制备的改进* ** 李苞 摇 张虎成摇 张树霞摇 代冬梅 (河南师范大学化学化工学院 国家级化学实验示范中心摇 河南新乡453007) 摇 摇 摘要摇 对消法测定原电池电动势是一个基础物理化学实验。 本文采用微米压印技术取代汞齐化的方法 来制备锌电极,既避免了剧毒试剂的使用又将新技术引入教学,对保护师生健康和扩展学生知识面均有积极 的作用;在铜电极的制备过程中,通过引入搅拌程序,在铜片上获得一层致密的铜颗粒,提高了实验的精度。 摇 摇 关键词摇 锌电极摇 微米压印摇 铜电极摇 对消法摇 原电池电动势 摇 摇 对消法测定原电池电动势是物理化学实验中的一个基础实验项目,对学生学习和理解原电池的电 动势具有重要作用。 通过电池电动势的测量还可以获得氧化还原体系的许多热力学数据,如平衡常数、 [1鄄3] 电解质活度及活度系数、离解常数、溶解度、络合常数、酸碱度以及某些热力学函数改变量等 。 在对 消法测定原电池电动势实验中,按照教材上的要求对锌片和铜片进行处理,然后将锌片表面汞齐化,铜 片表面电镀一层金属铜,再将其浸入对应的盐溶液中,用盐桥连接即组成原电池,借助于电位差计即可 [3] 测出电池的电动势 。 在该实验的教学过程中,我们发现所制备的锌电极和铜电极的质量在很大程度 上影响了实验的结果,导致学生的实验数据参差不齐,重现性差。 我们经过多次实验探索,对电极制备 过程进行了部分改进,取得了较好的效果。 1摇 制备锌、铜电极存在的问题及改进思路 1.1摇 锌电极 摇 摇 教材中使用的锌电极大致可分为两类:一类是表面汞齐化的锌片;另一类是直接用打磨、酸洗等处 理后的锌棒、锌片。 多数高校采用第一类锌片作为电极,其制备方法是将打磨、酸洗后的锌片浸入饱和 2+ 的Hg (NO ) 溶液中进行汞齐化,Zn置换溶液中的Hg ,在Zn表面形成一层锌汞齐。 汞齐中锌的活 2 3 2 2 度等于1,加之氢在汞上的超电势较大,使得锌汞齐电极电势相对比较稳定[1鄄2,4]。 但是该制备方法中使 用的汞和亚汞离子都是剧毒物质,后处理比较麻烦。 虽然教师在讲解中多次强调要将有毒的物质回收 到指定的有水的广口瓶中,然而部分学生对此重视不够,把含有汞的锌片、含有亚汞离子的滤纸乱放或 随手扔进垃圾桶中,这样会对师生的健康造成危害并造成环境污染。 由于以上原因,部分教材使用第二 类锌电极,即直接用打磨、酸洗等处理后的锌棒、锌片作电极。 这类电极在使用过程中也存在一些问题, 主要是浸入ZnSO 溶液中的表面积有限,测量过程中不可避免的电流使得电极表面极化较大,最终结 4 果是电位差计上检流计的指针向一个方向缓慢偏移,难以确定测量结果。 [5] 摇 摇 近年来,纳米、微米压印技术在很多领域得到了应用 ,如一些锂离子电池中所用的铝箔就是采用 微米压印技术,进而获得比表面积较大的铝箔片。 针对锌电极制备过程中的问题,加之锌片硬度不高的 特点,我们采用微米压印的技术来制备锌电极。 1.2摇 铜电极 摇 摇 大多数物理化学实验教材中制备铜电极的方法是这样的:用稀硝酸洗净的铜电极作为阴极,另取一 * 基金资助:河南省高等学校双语教学示范课程(No.2012鄄2014) ** 通讯联系人,E鄄mail:libao@htu.cn 60 大 学 化 学 第29卷摇