原电池反应电动势及其温度系数的测定实验报告.docx

原电池反应电动势及其温度系数的测定实验报告 　　四川理工学院实验报告　　系：材化课程名称：物理化学实验日期：　　第3页第4页　　四川理工学院实验报告　　一、实验目的　　掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作。　　通过原电池电动势的测定求算电池反应的?rGm,?rSm,?rHm等热力学函数。熟悉原电池的图式表示法和电极、电池反应的书写。二、实验原理1.热力学基础　　化学能转变为电能的装置称为原电池或电池。可逆电池的电动势可看做正、负两个电极的电势之差。　　根据吉布斯函数的定义，在恒温恒压条件下，当系统发生可逆变化时，系统吉布斯函数变等于过程的可逆非体积功。如果非体积功只有电功一种，那么，可逆电动势为E的　　电池按指定电池反应式，当反应进度??1mol时，反应的吉布斯函数变为：　　(?rGm)T,P??zEF　　?1　　C?mol，z为电极式中，E为可逆电池的电动势，V;F为法拉第常数，常取96500　　反应式中电子的化学计量数，?rGm的单位为J?mol。　　所以，在一定的温度和压力下，测出可逆电池的电动势，即可由式计算出电池反应的摩尔反应吉布斯函数变?rGm。　　又根据热力学基本方程dG??SdT?Vdp，可以得到：　　?1　　?rSm??(　　式中，(　　??rGm?E　　)p?zF()p?T?T　　?E　　)p为电池的温度系数，表示电池电动势随温度的变化。在系列温度下测得电?T　　池的电动势值，作E?T图，从曲线斜率可求得电池在某一温度时的温度系数，进而计　　算出?rSm。　　由吉布斯——亥姆霍兹公式可计算出化学反应的摩尔反应焓，即　　?rHm??rGm?T?rSm　　2、对消法测定电动势的原理　　根据可逆过程的定义，可逆电池应满足如下条件：电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。电池中不允许存在任何不可逆的液体接界。　　电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，亦即允许　　通过电池的电流为无限小。　　因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件。在精确度不高的测量中，常用正负离子迁移比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电势。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。　　不能直接用伏特计来测量可逆电池的电动势，因为电池与伏特计相接后，整个线路便有电流通过，此时电池内部由于存在内电阻而产生电位降，并在电池发生化学反应，溶液浓度发生变化，电动势数据不稳定。所以要准确测定电池的电动势，只有在电流无限小的情况下进行，常用的对消法就是根据这个要求设计的。　　对消法是在待测电池Ex上并联一个大小相等、方向相反的外加电势，这样待测电池中就没有电流通过，外加电势差的大小就等于待测电池的电动势，如图所示。B为大容量的工作电池。AC为一均匀电阻，调节可变电阻R使回路中有合适的工作电流I，这样在AC上就有一均匀的电势降产生。Es为标准电池。为了求得在测量待测电池之前，先用标准电池Es来标定。将选择开关SW接AD1线段的电势差，　　上，若调节活动触点的位置至D1时，检流计G中没有电流通过，此时标准电池的电动势正好与AD1线段所示的电势差的数值相等且方向相反，即　　R(AD1)?I?Es　　完成上述标定后，将SW拨到待测电池Ex上，重新调节接触点，若调到D2位置时检流计G中无电流通过，则AD2线段上的电势降等于待测电动势，即　　R(AD2)?I?Ex　　由式和式，得：　　Ex?　　Es　　?R(AD2)　　R(AD1)　　由于电阻与电阻线长度成正比，所以：　　Ex?　　Es　　?AD2AD1　　分别读出Es和Ex接通时均匀电阻上的AD1,AD2长度，即可计算出Ex。实验室常用的电位差计就是根据这一原理设计制造的。3、本实验测定的电池　　本实验测定由AgCl/Ag和Ag?/Ag电对组成的原电池的电动势，该电池可以用图示式表示为　　(?)AgAgCl(s)Cl?(?L?1)Ag?(?L?1)Ag(?)　　即AgCl/Ag作为阳极，浸入含Cl的溶液中，电极反应为　　?　　Ag(s)?Cl?(?cl?)?AgCl(s)?e　　，浸入含Ag?的溶液中，电极反应为Ag?/Ag作为阳极　　Ag?(?Ag?)?e?Ag(s)　　总的电池反应为　　Ag?(?Ag?)?Cl?(?Cl?)?AgCl(s)　　电池中用到两种不同的溶液，需通过盐桥连接。制备盐桥的电解质应不与电池的电解液发生反应，且正负离子的电迁移率应基本相等。电池电动势的Nernst方程式为　　E?E??　　RT1　　ln　　F?Ag??Cl?　　三、仪器和试剂　　SDC?Ⅱ数字电位差综合测试仪，恒温水浴，原电池装置，AgCl/Ag