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原电池电动势的测定与应用物化实验报告
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原电池电动势的测定及热力学函数的测定
一、实验目的
掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法;
掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法;
加深对可逆电池,可逆电极、盐桥等概念的理解;
了解可逆电池电动势测定的应用;
根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池,测定其在不同温度下的电动势值,计算电池反应的热力学函数△G、△S、△H。
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,只能在无电流通过电池的情况下进行,因此,采用对消法。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。
2.电池电动势测定原理:
Hg|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)||AgNO3(0.02mol/L)|Ag
根据电极电位的能斯特公式,正极银电极的电极电位:
其中;而
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;可以算出该电池电动势的理论值。与测定值比较即可。
3.电动势法测定化学反应的△G、△H和△S:
如果原电池内进行的化学反应是可逆的,且电池在可逆条件下工作,则此电池反应在定温定压下的吉布斯函数变化△G和电池的电动势E有以下关系式:
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
①根据Nernst公式计算实验温度下电池(I)的电动势理论值。
②正确接好测量电池(I)的线路。电池与电位差计连接时应注意极性。盐桥的两支管应标号,让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。
③用SDC数字电位差计测量电池(I)的电动势。每隔2min测一次,共测三次。
④接通恒温槽电源进行恒温,使其分别达到25.2℃、35.2℃
⑤测量完毕后,倒去两个小烧0.55杯的溶液,洗净烧杯的溶液。
五、实验数据记录与处理
1、电动势的测定
;
;
φ饱和甘汞=0.2415-0.00065(t–25);
通过以上三式可求得电池电动势的理论值。
气压:101.6KPa
测定温度/℃
测定值/V?
测定平均值/V
理论计算值/V?
相对误差
测定次数
第一次
第二次
第三次
25.0
0.45740
0.45740
0.45740
0.45740
0.45701
0.08%
35.0
0.45099
0.45100
0.45100
0.45099
0.45044
0.12%
2、热力学函数的测定—--测定△G、△S和△H。
作E-T图(见下图),求得斜率为-6.4×10∧-4,
E-T图的直线方程为:Y=0.64812-6.4×10∧-4X,故=--6.4×10∧-4
所以当T=298K时,
△rGm=-nFE=-1×96500×0.45740=-44139.1J/mol=-44.14kJ/mol
因为所以△S=1×96500×(-6.4×10∧-4)=-61.6J/(mol·K)
因为△H=△rGm+T△S,所以△H=-44139.1-61.6×298=-62.5kJ/mol
热力学函数
次序
t/℃
T/K
E/V?
△H(KJ/mol)
1
25.0
298
0.45740
-6.4×10∧-4
-44139.1
-61.6
-62.5
2
35.0
308
0.45100
-43521.5
-62.5
3、将实验所得的电池反应的热力学函数变化值和理论值进行比较
电池总反应
查参考文献得Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c)在298K时各自的的标准生成焓变ΔfHom、标准生成自由能变ΔfGom及标准熵Som,由此计算出电池反应的ΔfHom、ΔfGom、ΔfSom如下所示.
Ag+(aq
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