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1、原电池电动势及其温度系数的测定2023/4/7第1页，共19页，编辑于2022年，星期五一、实验目的要求一、实验目的要求1.了解电动势的测量原理及方法了解电动势的测量原理及方法,用数字式电子电位差计用数字式电子电位差计测定原电池的电动势；测定原电池的电动势；2.了解可逆电池电动势温度系数及其实验测量方法；了解可逆电池电动势温度系数及其实验测量方法；3.了解电动势法测量电解质溶液了解电动势法测量电解质溶液pH的原理，测定电解质的原理，测定电解质溶液的溶液的pH值值 2023/4/7第2页，共19页，编辑于2022年，星期五二、实验原理二、实验原理1.电势的温度系数：电势的温度系数：在一定温度下，
2、电动势随温度的变化率在一定温度下，电动势随温度的变化率（E/T）p由于：由于：(rGm/T)p=-rSm,rGm=-zFE(rGm/T)p=-zF（E/T）p故：故：rSm=zF（E/T）p 可逆电池的电动势可逆电池的电动势E EMFMF与温度的关系可以表示为温度的多与温度的关系可以表示为温度的多项式，即项式，即:EMF=a0+a1T+a2T2 实验中只要测得几个（至少为三个）温度下的电动实验中只要测得几个（至少为三个）温度下的电动势，就可以求出温度系数。势，就可以求出温度系数。2023/4/7第3页，共19页，编辑于2022年，星期五二、实验原理二、实验原理2.由由E 和（和（E/T）p计算
3、计算rHm恒温反应过程：恒温反应过程：rGm=rHm-T rSmrHm=rGm+TrSm =-zFE+zFT（E/T）p2023/4/7第4页，共19页，编辑于2022年，星期五二、实验原理二、实验原理3.3.电动势法测量电解质溶液的电动势法测量电解质溶液的pHpH值值 测量溶液的测量溶液的pHpH值应该用对值应该用对H H+可逆的电极，如氢电极、可逆的电极，如氢电极、玻璃电极或醌氢醌电极。氢电极由于制备和维护都比较玻璃电极或醌氢醌电极。氢电极由于制备和维护都比较困难而不常用；玻璃电极常用在困难而不常用；玻璃电极常用在pHpH计中。本实验用醌氢醌计中。本实验用醌氢醌电极测量电极测量HClHCl
4、水溶液的水溶液的pHpH值。醌氢醌电极的优点是构造简值。醌氢醌电极的优点是构造简单、制备方便、耐用、容易建立平衡。其缺点是只能用单、制备方便、耐用、容易建立平衡。其缺点是只能用在在pHpH8 8的环境中，而且不能有强的氧化剂和强的还原的环境中，而且不能有强的氧化剂和强的还原剂存在。空气中的氧溶于溶液中也能把醌氢醌氧化。因剂存在。空气中的氧溶于溶液中也能把醌氢醌氧化。因此，醌氢醌电极应该在使用时临时配制，用后把溶液倒此，醌氢醌电极应该在使用时临时配制，用后把溶液倒入废液瓶内。醌氢醌电极和饱和甘汞电极构成电池如下：入废液瓶内。醌氢醌电极和饱和甘汞电极构成电池如下：2023/4/7第5页，共19页，
5、编辑于2022年，星期五二、实验原理二、实验原理 Hg|HgHg|Hg2 2ClCl2 2(s)|KCl(s)|KCl(饱和水溶液饱和水溶液)|H+()|H+(a a1 1)|Q-H)|Q-H2 2Q|PtQ|Pt 醌氢醌由醌和氢醌醌氢醌由醌和氢醌(对苯二酚对苯二酚)以等分子比结合而成，墨绿以等分子比结合而成，墨绿色晶体，微溶于水，在水溶液中按下式分解：色晶体，微溶于水，在水溶液中按下式分解：C C6 6H H4 4O O2 2C C6 6H H4 4(OH)(OH)2 2 C C6 6H H4 4O O2 2+C+C6 6H H4 4(OH)(OH)2 2 (Q-QH (Q-QH2 2)(Q
6、)(QH)(Q)(QH2 2)电极反应为电极反应为:Q+2H Q+2H+（a a1 1）+2e+2e-QH QH2 2 电极反应的能斯特方程为电极反应的能斯特方程为:2023/4/7第6页，共19页，编辑于2022年，星期五二、实验原理二、实验原理近似取近似取(Q)(QH2),则在则在298.15K298.15K时上式简化为时上式简化为:2023/4/7第7页，共19页，编辑于2022年，星期五二、实验原理二、实验原理饱和汞电极:Hg2Cl2(s)+2e-2Hg(s)+2Cl-(aq)2023/4/7第8页，共19页，编辑于2022年，星期五二、实验原理二、实验原理醌氢醌电极的标准电极电势表示
7、为温度的函数醌氢醌电极的标准电极电势表示为温度的函数:E E(Q/QH(Q/QH2 2)/V=0.6995-0.735910-3(t/-25)/V=0.6995-0.735910-3(t/-25)饱和甘汞电极的电极电势也表示为温度的函数饱和甘汞电极的电极电势也表示为温度的函数:E E饱和甘汞饱和甘汞/V=0.2415-0.7610-3(t/-25)/V=0.2415-0.7610-3(t/-25)则由醌氢醌电极和饱和甘汞电极构成电池的电动势表示为则由醌氢醌电极和饱和甘汞电极构成电池的电动势表示为:E EMFMF=E(Q/QH=E(Q/QH2 2)-E)-E饱和甘汞饱和甘汞=E=E(Q/QH Q
8、/QH2 2)-E)-E饱和甘汞饱和甘汞-0.0592pH-0.0592pH2023/4/7第9页，共19页，编辑于2022年，星期五三、主要仪器与试剂三、主要仪器与试剂NDM-1型数字直流电压测量仪台型数字直流电压测量仪台超级恒温水浴超级恒温水浴 1 1台台带恒温夹套的电解池带恒温夹套的电解池 只只光亮铂金电极支；饱和甘汞电极支；饱和光亮铂金电极支；饱和甘汞电极支；饱和KCl盐桥只；容量瓶；盐桥只；容量瓶；饱和饱和KCl溶液；醌氢醌；溶液；醌氢醌；0.100mol.L-1盐酸溶液盐酸溶液2023/4/7第10页，共19页，编辑于2022年，星期五三、主要仪器与试剂三、主要仪器与试剂2023/
9、4/7第11页，共19页，编辑于2022年，星期五三、主要仪器与试剂三、主要仪器与试剂超超级级恒恒温温水水槽槽2023/4/7第12页，共19页，编辑于2022年，星期五三、主要仪器与试剂三、主要仪器与试剂超超级级恒恒温温水水槽槽操操作作面面板板打开电源开关；按设定按钮，使用打开电源开关；按设定按钮，使用“移位、加数、减数移位、加数、减数”键调至所需键调至所需要控制的温度，再按设定按钮，即可要控制的温度，再按设定按钮，即可恒温。恒温。2023/4/7第13页，共19页，编辑于2022年，星期五三、主要仪器与试剂三、主要仪器与试剂图带循环水恒温夹套的电池构造图图带循环水恒温夹套的电池构造图1电解
10、池，电解池，2恒温夹套，恒温夹套，3甘汞电极，甘汞电极，4 盐桥，盐桥，5 铂金电极，铂金电极，HClQ-QH2KCl塑料底座塑料底座冷却水冷却水1243521.按下电源开关按下电源开关.采零：将两条测试线的一端对应采零：将两条测试线的一端对应插入红、黑插孔，然后将另一端短插入红、黑插孔，然后将另一端短路连接，按路连接，按“采零采零”键，仪表显示键，仪表显示为为“000.0000.0”.断开短路连接，按极性断开短路连接，按极性(黑黑“”、红、红“”)与被测电压连接，仪表即与被测电压连接，仪表即可显示被测电压值。可显示被测电压值。2023/4/7第14页，共19页，编辑于2022年，星期五四、实
11、验操作步骤四、实验操作步骤.依照图依照图3-37-13-37-1将铂金电极饱和甘汞电极、盐桥等组装将铂金电极饱和甘汞电极、盐桥等组装好，将少量醌氢醌溶解在好，将少量醌氢醌溶解在0.0100mol.L0.0100mol.L-1-1HClHCl水溶液中至饱水溶液中至饱和，然后移入电池内将原电池与超级恒温水浴连接好。和，然后移入电池内将原电池与超级恒温水浴连接好。2.2.开启超级恒温水浴，将电池恒温至开启超级恒温水浴，将电池恒温至2525。3.3.按下按下NDM-1NDM-1数字直流电压测量仪电源开关；采零：将两条测数字直流电压测量仪电源开关；采零：将两条测试线的一端对应插入红、黑插孔，然后将另一端
12、短路连接，试线的一端对应插入红、黑插孔，然后将另一端短路连接，按按“采零采零”键，仪表显示为键，仪表显示为“000.0000.0”4.4.断开短路连接，按极性断开短路连接，按极性(黑黑“”、红、红“”)与被测电池两与被测电池两极连接，仪表即可显示该温度下被测电池的电压值。极连接，仪表即可显示该温度下被测电池的电压值。5.5.将恒温水浴的温度分别恒定至将恒温水浴的温度分别恒定至2828、31、3434、3737，重复、两频操作。，重复、两频操作。2023/4/7第15页，共19页，编辑于2022年，星期五五、实验数据处理五、实验数据处理EMF 温度.原电池电动势及其温度系数测量数据记录表原电池电
13、动势及其温度系数测量数据记录表 电动势EMF/VpH(25)123平均t1=t2=t3=EMF=f(t)(E/T)p2023/4/7第16页，共19页，编辑于2022年，星期五五、实验数据处理五、实验数据处理2.2.用用Microsoft Excel Microsoft Excel 程序拟合程序拟合E EMF=MF=f f(T T)的方程的方程3.3.给出电动势的温度系数给出电动势的温度系数4.4.计算计算2525 HCl HCl（aqaq）的）的pHpH值值2023/4/7第17页，共19页，编辑于2022年，星期五六、注意事项六、注意事项注意实验过程中保证醌氢醌溶液、注意实验过程中保证醌氢
14、醌溶液、KCl溶液和甘汞电溶液和甘汞电极内溶液的饱和极内溶液的饱和 饱和甘汞电极中不能有汽泡，保持电极中饱和饱和甘汞电极中不能有汽泡，保持电极中饱和KCl溶溶液的液位接近通往大气出口处液的液位接近通往大气出口处2023/4/7第18页，共19页，编辑于2022年，星期五七、思考题七、思考题1.1.在在EM-2AEM-2A型数字式电子电位差计中，精密稳压电源模型数字式电子电位差计中，精密稳压电源模块的作用是什么块的作用是什么?2.2.什么情况下要使用盐桥什么情况下要使用盐桥?盐桥为什么能基本消除液体盐桥为什么能基本消除液体接界电势接界电势?3.3.应该如何保证应该如何保证KClKCl溶液和醌氢醌溶液的饱和溶液和醌氢醌溶液的饱和?4 4、本实验中为什么要取最后、本实验中为什么要取最后3 3次数据的平均值作为被测电次数据的平均值作为被测电池电动势？池电动势？2023/4/7第19页，共19页，编辑于2022年，星期五