电动势的测定93419.doc

实验三电动势的测定 1实验内容 本实验以饱和甘汞电极为参比电极来测量铜和锌的电极电势，并且以饱和KCl溶液为盐桥测定两种电池的电动势。2. 目的要求 （1）通过实验了解可逆电池、可逆电极和盐桥等电化学概念。 （2）了解电位差计的测量原理和使用方法。3. 实验关键 （1）电极制作中其表面要处理好。 （2）盐桥两端要形成凸面，管中不得有气泡。 （3）标准电池和甘汞电极要轻拿轻放。4. 预备知识 （1）电池：是将化学能转化为电能的装置，由正（阴）极、负（阳）极组成，正极电势电势比负极高，所以存在电势差。 （2）可逆电池必须具备的条件：首先，电极必须是可逆的，即一方面，当相反方向的电流通过电极时，电极反应必须随之逆向进行，电流停止，反应亦停止；另一方面，要求通过电极的电流无限小，电极反应在接近化学平衡条件下进行，除此之外，在电池中所进行的其他过程也必须是可逆的。 （3）盐桥：液体接界电势是由于溶液中离子扩散速度不同而引起的电势差。为了减少液体接界电势，通常在两液体之间连接一个高浓度的电解质溶液，即盐桥。作为盐桥的电解质其正负离子应具有相近的迁移数，使扩散作用主要出自盐桥，从而使液体接界电势降到最低值。5. 实验原理 电极电势的大小与电极的性质和溶液中有关离子的活度有关（从某种角度讲，活度与浓度的概念等同。）以铜——锌电池为例： 设（固体活度为1） 则有 和分别为铜电极和锌电极的标准电极电势，=0.3400V，=-0.7630（均在25℃，标准态压力Pθ=100KPa下测定），其值大小由构成电极物质的性质所决定，体现构成电极的物质氧化还原性质，其值越大，得电子能力越强，氧化性越强。电极电势的绝对值至今无法测定，而只能测其以标准氢电极（）为零参考点的相对值，但由于使用氢电极不方便，常采用饱和甘汞电极为参比电极，本实验采用此电极来测量铜与锌这两个电极的电极电势。6. UJ-25型电位差计与检流计的工作原理 我们所测量的电池电动势是可逆电池的电动势，因此不能直接用伏特计去测量，这点必须清楚，因为： （1）电池与伏特计接通后有电流通过，电池内就会发生电化学变化，电极被极化，则所测值就不是在可逆条件下测得的。 （2）电流不断流出，电池中溶液浓度不断变化，因而电位也不断变化。 （3）电池本身内有电阻，用伏特计所测值只是电动势的一部分，称为电位降，而不是该电池的电动势。 由上述分析可知，对仪器工作原理设计时，必须在无电流或极小电流通过电池，此时所测电位差才是电池真正的电动势。 7. 仪器、药品及材料 UJ-25型电位差计1台，光电检流计1台，U型管4个，表面皿1个，50mL烧杯3个，250mL的烧杯1个、400mL的烧杯1个，干电池2个，饱和甘汞电极1个，标准电池1个；0.1000 mo1.L-1CuSO4溶液，0.0100 mo1.L-1CuSO4溶液，0.1000 mo1.L-1ZnSO4溶液，饱和KCI溶液，饱和Hg2(NO3)2溶液，镀铜溶液，稀H2S04溶液，6mo1.L-1HNO3溶液；琼脂。 8实验步骤 8.1 电极制备 （1）锌电极 用肥皂或去污粉，洗去Zn片上的油污，再用洗净的小烧杯盛稀硫酸浸洗锌片表面上的氧化层，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗，然后浸在饱和硝酸亚汞溶液中0.5s使其汞齐化。取出后用滤纸擦亮其表面，并用蒸馏水洗净(汞有剧毒，用过的滤纸应投入指定的废液缸内，不要随便乱丢)，再用少许0.1000 mo1.L -1 ZnSO4溶液洗2次后插人盛有0.1000 mol.L-1ZnSO4溶液的小烧杯内待用，没有汞齐化的部分不要浸入溶液中。汞齐化的目的是消除金属表面机械应力不同的影响，使它获得重现较好的电极电势。 （2）铜电极 用肥皂或去污粉洗去Cu片的油污，再将铜片在硝酸(约6 mol·L-1)内浸洗片刻，取出后冲洗干净，再镀一层铜于其表面上，方法如下：将2个铜片连在一起作为阳极，另取一铜片作为阴极，在镀铜溶液中进行电镀，电流密度为10mA·cm-2，电镀150min。镀好后用蒸馏水冲洗，再用少许0.1000 mo1.L-1CuSO4溶液冲洗2次，然后插入盛有0.1000 mol.L-1CuSO4溶液的小烧杯中待用。没有电镀的部分，不要浸入溶液中。 8.2 饱和KCl盐桥的制备 用90mL蒸馏水加入约1.5s琼脂(不要过多)加热使之溶解后再加入30gKCl，待其溶解后趁热用滴管沿管壁将溶液装入U型管中(注意：管中不得有气泡！)静止冷却，待凝结后即可使用。共做4个。 8.3 测量电池的电动势 （1）接好电动势的测量电路，小必轻放标准电池和甘汞电极，夹Cu片和Zn片的夹子不要接触溶液。 （2）室温下标准电池的电动势由下式求得：（t为室温） （3）按计算所得标准电池电动势标定电位差计的工作电