电池电动势的测定.docx

word格式文档电池电动势的测定及其应用

一、实验目的：1了解对消法测定电池电动势的原理；2掌握电动势测定难溶物溶度积(Ksp)的方法;3掌握常用参比电极银一氯化银电极的制备方法。

二、实验原理：电池由两个半电池组成(半电池包括一个电极和相应的电解质溶液)当电池放电时，进行氧化反应的是负极，进行还原反应的是正极。电池的电动势就是通过电池的电流趋近于零时两极之间的电位差。它可表示成：E=E.-E_式中E.、E一分别表示正、负电极的电位。当温度、压力恒定时，电池的电动势E(或电极电位E.、E的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活度。电极电位与有关离子活度之间的关系可以由Nernst方程表示：E=E-RTln二aBB(16-1)zFB式中：z为电池反应的转移电子数，：B为参加电极反应的物质B的化学计量数，产物：b为正，反应物：B为负。本实验涉及的两个电池为：(1)

(一)Ag(s),AgCs)|KC(.020olL-1)|AgN(O.O1OOmolL-1)Ag(s)( )

(2)

(一)Hg(l)，HgC_(s)|KCl(饱和)|AgNO(.0100molL-1)|Ag(s)( )在上述电池中用到的三个电极是：(1)银电极：电极反应：Ag(.01mol)eAg(16-2)EAgf二EAgnaAg其中：EAg：.7991-.00097(t-25)V式中：t为摄氏温度(下同)，

(2)甘汞电极：电极反应：HgCl2(s)2e2Hg2Cl_(aCl_)(16-3)专业整理EHg2C2(sg1二EHg2C2(sg?一naCl_对于饱和甘汞电极，温度一定时，aC_为定值，因此饱和甘汞电极电位与温度有关，其关系式为：EHg2C2(sg.2415.00065(t25)V

(3)银一氯化银电极电极反应AgC(s)e=AgCl-(aClJ(16-4)根据溶度积关系式aAg GC_=Ksp得EAgC(sg二EAgln=Ag里n牟Fac-RT=EAgKnKsp-ARTRc一(16-5)-EAgC(sg云na。式中：EAgC(sg二EAg号1nKSp=.2224-.000645(t-25)V由上式可见，利用Nernst关系式可求得难溶盐的溶度积常数，为此我们将(16-2)、(16-4)两个电极连同盐桥组成电池，其电动势可表示为：E=E -E_=EAg?EAgC(sg=ElAgRTRTnKSPF整理得：FnaAg(EAgRTnKsP_Rnacl竿(acJ(16-6)因此，给定电池KSP珂-RT中左右半电池活度aC-和aAg.，若测得电池的电动势，依上式即可求出AgC的溶度积常数。电池电动势一般采用Poggendoff对消法测定。根据欧姆定律，电池电动势(Rr)=Vr,r为电池内阻。当回路中电流山时，此时E=V这就是对消法的基本原理，其测量方法如图1所示。当K与En连接时，移动接触点C,使G中无电流通过，此时AC上的电位降等于标准电池的电动势，又因AB是均匀电阻，故有Vab_AB而当K与待测电池E_连接时，移动触点C，使回路中G上电流为零，贝工作电桶特测电池 _A检淹114尸捕准电池图1对消法原理示意图E_ACVAB_走E_ACEn一AC在温度一定时，标准电池电动势En是定值，只要测量AC和AC，就可求得待测电池的电动势E_

三、仪器和药品：仪器和材料：UJ25型直流电位差计（或数字式电位差综合测试仪）；直流复射式检流计（10-9m；毫安表；标准电池；甲级干电池（甲电池）；饱和甘汞电极；银电极；银丝（纯度

8.95%）;KNO盐桥；10mL小烧杯；电阻箱。药品：饱和KCl溶液；.020olLKCl溶液；.1molLHC溶液；稀氨水。

四、实验步骤：

XXX电极制备取经退火处理过、直径约为.5mm的银丝3根，用金相砂纸擦至发亮以除去银丝表面的氧化物，然后在稀氨水中浸泡数分钟。取出用高纯度水洗净，再用滤纸吸干备用。将其中二根银丝作阳极，另一根作阴极，分别插入.1M的HC溶液中，按图2所示的线路接通电路，调节电阻使阴极电流密度大约为5mm,电解20，使银丝表面覆盖一层棕黑色的AgCl镀层。镀层以均匀、致密为好。电解完毕取出制好的电极，用纯水洗净，再用滤纸吸干（但不可用滤纸摩擦，以防镀层剥落）由于拉丝时引入杂质，电极电位偏图2电极制备装置示意图差最大可达土5mV但该电极稳定性尚好，可用作参比电极。1，2-银电极；3-电阻箱；4-电源电极制备：电流值的选取（按电流密度3mm浸入.1MHCl中，长度为2cm（2根），银丝直径为.5mm计算）银丝表面积2nR_h=nDn_h=P_S=5mrr_n_.5_10_2c_2根=

3.14mA,取3mA若银丝长度为3cm,则=P_S=5mr2_

3.14_.5_10-1_3c_2根=

4.2mA约

4.5mA在HDY-1恒电流仪上，若量程为10mA电流量为-.3mA,电压为 -.45mA_（10mA）=

4.5mA2此时，红色夹子为“ ”极，通过的电流密度为5mm

2.盐桥的制备所谓“盐桥”，是指正负离子迁移数比较接近的盐类溶液（如KCl、KNO和NHNO等水溶液）所构成的桥，用来连接两个半电池中的两个溶液，使其不直接接界，以消除或减小液体接界电势。以KNO盐桥为例，其制备方法是以琼胶：KNO:HO=

1.5:200的比例加入到烧杯中，加热溶解，用滴管将其灌入干净的U形管中，U形管中及管端不能留有气泡，冷却后待用。

3.组建电池用1支AgC电极、一个KNO盐桥和一支Ag 电极组成电池，并依照电位差计使用说明，接好电动势测量线路。注意：标准电池、工作电池的正、负极不能接错。盐桥在插入之前要用蒸馏水淋洗（切勿用自来水！），并用滤纸轻轻擦干，插入时注意在U形管口不要留有气泡。两烧杯的液面基本平齐。为了节省溶液，液面在烧杯处即可。

4.校正工作电流先读取环境温度，校正标准电池的电动势，调节直流电位差计面板右上方标准电池温度补偿旋钮至计算值。将转换开关拨至“N处，转动电位差计面板右方的工作电流调节旋钮“粗”“中”“细”“微”，使工作电流符合标准，校正完毕后，右方的工作电流调节旋钮在测定过程中不要再动。

5.测电池电池电动势将转换开关拨至未知“_”或“_”处，将一支AgC电极浸在.020olL-1KC溶液中，测量此电池的电位，直至电位值在23分钟内基本不变（变化.1mV为止。AgCl电极在安装时应注意，勿将露出的银与溶液接触。重复测定步骤，再测另一支AgCl电极的电位。

6.组建电池（U用饱和甘汞电极、KNO盐桥和银电极组成电池（U）。安装甘汞电极时应注意拨去橡皮套和橡皮塞，并使甘汞电极内的液面高出烧杯中的液面。

7.测电池（U）电池电动势按步骤5测定。

五、数据处理:A.理论值计算(实验温度T=14C)：E.2415-.00065(14-25)=.2487(V)OEAg =.7991-.00097(14-25)=.8098(V)EAgCl=.2224-.000645(14-25)=.2295(V)gg电池:E=E -E-=EAg RTFlnaAg EAgd RTFlna。-=.8098-.2295 (

8.314_

8.716485)_ln(.01_.9_.02_.8)=.3614(V)电池U:E=E -ERTFlnaAg -丘甘汞电极-RTFna。-=.8098-.2487 RTFlnaAg“-=.4474(V)E=EAgcl-EAg -RT7Fln(O=0(平衡)nKsp=EF7RT=-(.5803_964

8.58324_

8.715)=-

2.395XXXX3988KSp=

3.95585_10B.实验值：实验温度：_14C大气压10

2.10kPa实验温度下的标准电动势_

1.01884V

1.电池

(1)：(一)Ag(s),AgC(s)|KC(.020olL-1)|AgNO3(.0100molL-1)|Ag(s)( )电池反应:AgCl电极编号电动势（V）理论计算值测量值

1.3614

1.360325

203XXXX0326平均.3603

203614

1.35836

203XXXX8323平均.358346总平均.3593

6.2电池（n）：(一)Hg

(1),Hg2Cl2(s)|KC(饱和)|AgNO3(.0100mol匚1)|Ag(s)( )电池反应:电动势（V）理论计算值测量值

1.441

204474

204XXXX1297平均.441284

六、讨论注意的问题：

1.测定线路接入时，标准电池应最后接入。

2.测定时，按钮不能长时间按下。

3.电极制备时，AgCl镀层应尽量卡些（浸入HC液中的银丝应尽量长些）以免测定时未镀AgCl的银丝浸入溶液。

4.测量时小烧杯内溶液尽量等高。

5.甘汞电极使用时应拔去橡皮塞和橡皮套，电极内应有KCl晶体，电极内应有KCl晶体，电极内液面应高于小烧杯内液面。

6.电极制备时，电流大小的制备匸J_A测。

七、思考题：1、实验前为什么要读取室温？答案：为了求出室温下标准电池的电动势值，用于标准电池的校正。

2、如何测定未知电池的电动势（操作）答案：1拔出“外标插孔”的测试线，再用测试线将被测电池按正、负极对应插入“测量插孔”。2）将“测量选择”旋钮置于“测量”，将“补偿”旋钮逆时针旋到底。3）由大到小依次调节面板上“100-10-4”五个旋钮，使“电位指示”显示的数值为负且绝对值最小。4）调节“补偿旋钮”，使“检零指示”显示为“0000”，此时“电位指示”数值即为被测电池电动势的值。5）重复上述各步，每隔2mn测量一次，每个温度测三次，同时记录实验的准确温度即恒温槽中温度计的温度。6）然后调节恒温槽的温度分别为其余4个温度，重复上述操作，测上述温度下电池的电动势E。

3、测定时为什么绝对不可将标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置？答案：标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置会破坏电池中电极间的界面，使电池无非正常工作。

4、盐桥有什么作用？答案：盐桥可降低液体接界电势。

5、可逆电池应满足什么条件？应如何操作才能做到？答案：可逆电池应满足如下的条件：电池反应可逆，亦电极电池反应均可逆。电池中不允许存在任何不可逆的液接界。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进行，亦即要求通过电池的电流应为无限小。操作中

(1)由电池本性决定；

(2)加盐桥降低；

(3)用对消法测量。

6、在测量电池电动势时，尽管我们采用的是对消法，但在对消点前，测量回路将有电流通过，这时测得的是不是可逆电池电动势？为什么？答案：因为有电流通过，不能满足可逆电池第三点，所不是可逆电池电动势。

7、为什么用伏特表不能准确测定电池电动势？答案：不能用伏特计测量电池电动势，就是因为使用伏特计时，必须使回路中有电流通过才能驱动指针旋转，所测结果为不可逆电池两极间电势差，不是可逆电池电动势。

8、参比电极有什么作用？答案：参比电极（二级标准电极）作用是代替标准氢电极测定电池电动势。

9、醌氢醌（QQH2）电极有什么用途？答案：可做为参比电极测溶液瓣PH值或氢离子浓度。

10、电池在恒温时（没测量时）为什么要将电钳松开？答案：防止电极极化11、禾U用参比电极可测电池电动势，此时参比电极应具备什么条件？答案：参比电极应具备条件是：容易制备，电极电势有一定值而且稳定。12、如何制备醌氢醌（QQH2）电极？答案：在待测液中放入一定量的（QQH2），搅拌使这溶解，然后将一根铂电极放入待测液中。13、为何测电池电动势要用对消法？对消法的原理是什么？答案：可逆电池要求电路中无电流通过，用对消法可满足这个条件。用一个方向相反，数值相等的外电势来抵消原电池的电动势，使连接两电极的导线上1一；0,这时所测出的E就等于被测电池的电动势E。14、如何由实验求电池的温度系数（年衔）p,答案：通过测定恒压下电池在不同温度下的电动势E,由E-T数据作E-T关系图。从曲线的斜率可求任意温度下的温度系数p,15、选用作盐桥的物质应有什么原则？答案：选用作盐桥的物质应有什么原则：盐桥中离子的r r-,t t_，使Ej0。盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。常用饱和KC盐桥，因为Q与C-的迁移数相近。作为盐桥的溶液不能与原溶液发生反应，当有Ag 时用KN（3或NNq。16、在测量电动势之前如何进行校准化操作？（操作题）答案：0）根据室温按公式Es=

1.0183-

4.06_10-5（t-20计算标准电池在该室温下的ESo1）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2）、将已知电动势的标准电池按“ ”“一”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“10-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池数值相同。4）、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。17、如何调节恒温槽温度？答案：例

4.58.1C。按下“恒温控制器”的电源开关，左下角的红色按钮t左侧窗口显示的是当前恒温槽中的水温t按“控制器”上的“箭头”按钮进行调温t至右侧窗口设置实验温度区，十位数闪烁，t通过按“按钮使十位数为“4”t再按“箭头”按钮，至个位数闪烁，数字为“5”t继续按“箭头”按钮，至小数点后第一位数闪烁，数字为“8”t继续按“箭头”按钮，至左侧窗口的“工作”灯亮，表示恒温槽开始工作t按“控制器”上的“回差”按钮，至.1t将“玻璃恒温水浴”上的“加热器”上的“开，关”按钮至“开”档“强，弱”按钮至“强”档t将“玻璃恒温水浴”上的“水搅拌”上的“开，关”按钮至“开”档“快，慢”按钮至“慢”档t设置完毕，设置的温度为4.58.1Co18、SDC-nA型电位差计测定电动势过程中如何修正？5答案：0）根据室温按公式Es=

1.0183-

4.06_10-（t-20计算标准电池在该室温下的Eso1）、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2）、将已知电动势的标准电池按“ ”“一”极性与“外标插孔”连接。3）、调节“10-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池数值相同。4）、待“检零指示”数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。19、如何使用甘汞电极，使用时要注意什么问题？答案：1）、使用时要把电极下面的塞取下。2）、使用时要用蒸馏水冲洗电极下方，用滤纸擦干。3）、使用前要观察甘汞电极玻璃管是否还有液体，如果没了要重新加液或换一根新的。

20何防止电极极化？答案：电路中如果有电流通过就会产生极化现象，在测量过程中始终通电，因此测量的速度要快，这样测出的数据才准，如果测量的时间越长，则电极极化现象越严重，不测量时电钳要松开。

1、本实验可否使用KCl盐桥？为什么实验中不能用自来水淋洗盐桥？答案：本实验不能使用KCl盐桥，选用盐桥的首要条件是盐桥不与溶液反应，溶液中含有Ag,会于Cl-反应沉淀。实验中不能用自来水淋洗盐桥，制备盐桥的首要条件是盐桥中正，负离子迁移速率相近，自来水中含有CeT,Mg2 等离子,用其冲洗盐桥，会使盐桥正，负离子迁移相近的条件受到破坏，从而给本实验的测定带来误差。

2.2为什么不能用伏特计直接测定电池电动势？答案：电池电动势的测定必须在电流接近于零的条件下进行，倘若用伏特表直接测定，虽然伏特计的内阻非常大，远远大于电池电阻，但用伏特计测定时其电流远大于零，消耗在电池内阻上的电流是不可忽视的。即使说实验误差偏大，所得实验值与真实值偏大。

2.3长时间按下按钮接通测量线路，对标准电池电动势的标准性以及待测电池电动势的测量有无影响?答案：标准电池是高度可逆电池，其工作条件是通过的电流无限大，长时间按下按钮接通测量线路，在电流非无限的条件，会破坏标准电池的可逆性。标准电池作为标准，受到破坏后，其电动势就变了，再以EN=Ac公式计算时，其EN还用原值，从而待测电动势的测量就不准确。