电池电动势地测定.docVIP

课程名称：物理化学实验 实验项目：原电池电动势的测定及热力学函数测定1 实验目的① 掌握电位差计的测定原理和原电池电动势的测定方法。② 加深对可逆电极、可逆电池、盐桥等概念的理解。③ 测定电池的电动势。④测定电池在不同温度下的电动势值，计算电池反应的热力学函数△G, △H, △S。2 实验原理（1）用对消法测定原电池电动势 原电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计接通后有电流通过，在电池两极上会发生极化现象，使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，伏特计测量得到的仅是不可逆电池的端电压。采用对消法（又叫补偿法）可在无电流（或极小电流）通过电池的情况下准确测定电池的电动势。对消法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。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。原电池电动势的测定 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视。当电池处于平衡状态时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势，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 （2-1） （2-2）在式（2-1）和式（2-2）中：φ+Θ、φ-Θ分别代表正、负极的标准电极电势；R=8.314J/(mol·K);T是绝对温度；Z是反应反应中的是电子的数量；F=96500C/mol，称法拉第常数； α氧化为参与电极反应的物质的氧化态的活度；α还原为参与电极反应的物质的还原态的活度。电池（I）Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)||AgNO3(0.2mol/L)|Ag负极反应：Hg+Cl-1(饱和)→Hg2Cl2+e-正极反应：Ag++e-→Ag总反应：Ag++Hg+Cl-1(饱和)→Hg2Cl2+Ag根据式（2-1）和式（2-2），银电极的电极电位：其中，又因为AgNO3浓度很稀，饱和甘汞电极的电极电位：对饱和甘汞电极来说，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，其关系可直接写为从上述电池的两个电极电位可算出电池的理论电动势，将测定值与之比较。电动势法测定化学反应的△G, △H, △S。在恒温恒压可逆的条件下，电池所做的电功是最大的有用功。利用对消法测定电池的电动势，即可得相应的电池反应的自由能改变值。△G=-nEF根据吉布斯-亥姆霍兹公式，有△S=nF()Ｐ△H＝-nFE+nFT()Ｐ式中，n为电极反应中电子的计量系数，F为法拉弟常数，E为电池的电动势。因此，按照化学反应设计一个电池Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)||AgNO3(0.2mol/L)|Ag，测量各个温度下电池的电动势E，作E/T图，从曲线的斜率可求得任一温度下的()Ｐ值，可代入上面三式中，即可求得该反应的热力学函数△G, △H, △S。3 仪器与试剂地3.1 实验仪器：SDC数字电位差计、饱和甘汞电极、光亮铂电极、银电极、超级恒温槽，250mL烧杯、20mL小烧杯、U形管、玻璃棒3.2 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 4 实验步骤① 填装琼脂制作盐桥时，应避免其中有气泡阻隔，将使电路断开，影响实验。② 制备好的盐桥不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸。③ 盐桥的两支管应标好记号，让标负号的一端始终与含氯离子的溶液接触。5 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。制备好的盐桥不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。取一个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?处，插入银电极，用硝酸钾盐桥与饱和甘汞电极连接构成电池。（3）测定电池的电动势① 根据Nernst公式计算实验温度下电池（Ⅰ）的电动势理论