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1、实验六十七实验六十七 原电池电动势的测定及其应用原电池电动势的测定及其应用主讲教师：刘文萍吉首大学化学实验教学中心一、实验目的一、实验目的（1）掌握电位差计的测量原理和正确使用）掌握电位差计的测量原理和正确使用方法。方法。（2）学会一些电极的制备和处理方法。）学会一些电极的制备和处理方法。（3）测定）测定Cu-Zn电池的电动势和电池的电动势和Cu、Zn电电极的电极电势。极的电极电势。二、实验原理二、实验原理 电池电动势电池电动势是通过原电池电流为零是通过原电池电流为零(电池反应达平衡电池反应达平衡)时的时的电池电势，电池电势，用用E表示，单位为伏特。由于电动势的存在，当外接表示，单位为伏特。由
2、于电动势的存在，当外接负载时，原电池就可对外输出电功。负载时，原电池就可对外输出电功。1、电池电动势的测定、电池电动势的测定 电池与伏特计接通后有电流通过，在电池两极上会发生极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，伏特化现象，使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。计所量得的仅是不可逆电池的端电压。因因此电池电动势不能直此电池电动势不能直接用伏特表来测定。接用伏特表来测定。利用利用电位差计电位差计可在电池无电流（或极小电流）通过时测得可在电池无电流（或极小电流）通过时测得其两极间的电势差，即为
3、该电池的平衡电动势。其两极间的电势差，即为该电池的平衡电动势。能否用伏特计来测量能否用伏特计来测量E？电位差计电位差计是根据是根据补偿法补偿法(或称或称对消法对消法)测量原理设计的一种测量原理设计的一种平衡式电压测量仪器。其工作原理平衡式电压测量仪器。其工作原理是在待测电池上是在待测电池上并联一个大并联一个大小相等，方向相反的外加电势，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。过，外加电势差的大小就等于待测电池的电动势。如图如图1所示。所示。二、实验原理二、实验原理Ew-工作电源；工作电源；EN-标准电池；标准电
4、池；EX-待测电池；待测电池；R-调节电阻；调节电阻；RX-待测电池电动势待测电池电动势补偿电阻；补偿电阻；RN-标准电池电动势标准电池电动势补偿电阻；补偿电阻；K-转换电键；转换电键；G-检流计检流计1）校准工作电流）校准工作电流IW二、实验原理二、实验原理如图所示如图所示，电位差计有工作、标准、测量三条回路。，电位差计有工作、标准、测量三条回路。开关开关K打向打向1，预，预先调好标准回路中先调好标准回路中的标准电阻的标准电阻RN，调，调节工作回路的电阻节工作回路的电阻R至检流计无电流至检流计无电流通过，工作电流通过，工作电流IW就已被确定。就已被确定。2）测量未知电池电）测量未知电池电动势
5、动势EW二、实验原理二、实验原理 开关开关K打向打向2，调节测量回路的电调节测量回路的电阻阻RK至检流计无电至检流计无电流通过，此时流通过，此时I RK与被测电池电动势与被测电池电动势对消。对消。如图所示如图所示，电位差计有工作、标准、测量三条回路。，电位差计有工作、标准、测量三条回路。电池电动势电池电动势 E池池 电化学中电极电势的绝对值无法测定，只能使某电极的电电化学中电极电势的绝对值无法测定，只能使某电极的电极电势为标准求出其相对值。本实验采用饱和甘汞电极为极电势为标准求出其相对值。本实验采用饱和甘汞电极为参比电极。参比电极。电极：电极：KCl(饱和溶液饱和溶液)Hg2Cl2(s)Hg
6、电极反应：电极反应：Hg2Cl2(s)+2e=2Hg(l)+2Cl-将甘汞电极与待测电极组成原电池，由甘汞电极的电极电将甘汞电极与待测电极组成原电池，由甘汞电极的电极电势及实验测定的电池电动势就可计算出电极电势。势及实验测定的电池电动势就可计算出电极电势。2、电极电势的测定、电极电势的测定二、实验原理二、实验原理还原电极电势：还原电极电势：三、仪器与试剂三、仪器与试剂 1、仪器：仪器：2、试剂：、试剂：SDC数字电位差计数字电位差计 1台台饱和甘汞电极饱和甘汞电极 1支支银银/氯化银电极氯化银电极 1支支电极管电极管 3支支铜电极铜电极 2支支锌电极锌电极 1支支电极管电极管 3个个电镀装置电
7、镀装置 1套套 250 mL烧杯烧杯 1个个 50mL小烧杯小烧杯 4个个0.1000molL-l硫酸锌溶液硫酸锌溶液0.1000molL-l硫酸铜溶液硫酸铜溶液0.0100molL-l硫酸铜溶液硫酸铜溶液6 molL-l硫酸溶液硫酸溶液6 molL-l硝酸溶液硝酸溶液饱和硝酸亚汞溶液饱和硝酸亚汞溶液镀铜溶液镀铜溶液饱和氯化钾溶液饱和氯化钾溶液四、实验步骤四、实验步骤1、电极制备、电极制备1）锌电极）锌电极 用用6 molL-l硫酸硫酸浸洗，依次用水、蒸馏水淋洗，再浸洗，依次用水、蒸馏水淋洗，再将其浸入饱和硝酸亚汞溶液中将其浸入饱和硝酸亚汞溶液中35秒，待汞齐化后取出，秒，待汞齐化后取出，用滤
8、纸擦干，再用蒸馏水淋洗用滤纸擦干，再用蒸馏水淋洗(注意：注意：Hg有毒有毒)。把处理。把处理好的锌电极插入清洁的电极管内并塞紧，将电极管的虹好的锌电极插入清洁的电极管内并塞紧，将电极管的虹吸管浸入盛有吸管浸入盛有0.1000molL-1ZnSO4溶液中，溶液中，用吸气球自支用吸气球自支管抽气，将溶液吸入电极管至高出电极约管抽气，将溶液吸入电极管至高出电极约1cm，停止抽气，停止抽气，旋紧活夹，电极的虹吸管内旋紧活夹，电极的虹吸管内(包括管口包括管口)不可有气泡，也不可有气泡，也不能有漏液现象。不能有漏液现象。四、实验步骤四、实验步骤1、电极制备、电极制备2）铜电极）铜电极 将将铜电极在极在6
9、molL-l硝酸内浸洗，硝酸内浸洗，取出后取出后依次用水、蒸馏水淋洗依次用水、蒸馏水淋洗干干净，再把它作为阴极，另取一块纯铜片作再把它作为阴极，另取一块纯铜片作为阳极，在镀铜溶液内进行电镀。电为阳极，在镀铜溶液内进行电镀。电镀条件是：电流密度控制在镀条件是：电流密度控制在10mAcm-2左右，电镀左右，电镀1h。电镀后应。电镀后应使铜电极表面有一紧密的镀层，取出使铜电极表面有一紧密的镀层，取出铜电极，用蒸馏水淋洗，滤纸擦干后铜电极，用蒸馏水淋洗，滤纸擦干后,仿锌仿锌电极，极，吸入吸入0.1000molL-1CuSO4溶液，制成铜半电池。溶液，制成铜半电池。将将饱和和KCl溶液注入溶液注入50m
10、L小小烧杯中作杯中作为盐桥，得，得电池池1：Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu电池池2：Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(饱和和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)电池池3：Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和和)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu电池池4：Cu|Cu 2+(0.0100molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu电池池5：Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(饱和和)|AgCl(s)|Ag电池池6：Ag|AgCl(s)|KCl(饱和和)|Cu2+(0.1000mo
11、lL-1)|Cu四、实验步骤四、实验步骤2、电池组合、电池组合四、实验步骤四、实验步骤3、电动势测定、电动势测定 1）根据）根据Nernst公式计算实验温度下电池公式计算实验温度下电池1、2、3、4、5、6的电动势理论值。的电动势理论值。2）正确接好测量电池）正确接好测量电池1的线路。用的线路。用SDC数字电位差计测数字电位差计测量电池量电池1的电动势。每隔的电动势。每隔2分钟测一次，共测三次。分钟测一次，共测三次。3）同法，用）同法，用SDC数字电位差计测量电池数字电位差计测量电池2、3、4、5、6的电动势，要测至平衡时为止。的电动势，要测至平衡时为止。4）测量完毕后，倒去小烧杯的溶液，洗净
12、烧杯。饱和甘）测量完毕后，倒去小烧杯的溶液，洗净烧杯。饱和甘汞电极淋洗后，浸入饱和氯化钾溶液中保存。汞电极淋洗后，浸入饱和氯化钾溶液中保存。1、为使极化影响降到最小，测量前可初步估算被测、为使极化影响降到最小，测量前可初步估算被测电池的电动势大小，以便在测量时能迅速找到平衡点。电池的电动势大小，以便在测量时能迅速找到平衡点。2、测量电池电动势时，在对消点前，测量回路有电、测量电池电动势时，在对消点前，测量回路有电流通过，在测量过程中不能使测量回路一直连通，应接通流通过，在测量过程中不能使测量回路一直连通，应接通一下调一下，直至平衡。一下调一下，直至平衡。3、为判断所测量的电动势是否为平衡电势，
13、可在约、为判断所测量的电动势是否为平衡电势，可在约15 min内等间隔地测量内等间隔地测量78个数据。若这些数据是在平个数据。若这些数据是在平均值附近摆动，偏差小于均值附近摆动，偏差小于0.5 mV，则可认为已达平衡，则可认为已达平衡，并取最后三个数据的平均值作为该电池的电动势。并取最后三个数据的平均值作为该电池的电动势。五、注意事项五、注意事项 4、盐桥不能完全消除液接电势，一般仍剩余、盐桥不能完全消除液接电势，一般仍剩余12mV，所以测得结果只能准至所以测得结果只能准至mV。五、注意事项五、注意事项 5、电极管装液前，需要用少量的电解质溶液淋洗，以、电极管装液前，需要用少量的电解质溶液淋洗
14、，以确保浓度的准确性，装液后要检查是否漏液和电路是否畅通，确保浓度的准确性，装液后要检查是否漏液和电路是否畅通，特别是电极的虹吸管内不能有气泡。特别是电极的虹吸管内不能有气泡。6、实验结束后，应将电极管内溶液倒掉，以防止对电、实验结束后，应将电极管内溶液倒掉，以防止对电极腐蚀极腐蚀 。7、使用甘汞电极，要防止溶液倒流入甘汞电极中。甘、使用甘汞电极，要防止溶液倒流入甘汞电极中。甘汞电极和盐桥中应保留少量氯化钾晶体，使溶液处于饱和汞电极和盐桥中应保留少量氯化钾晶体，使溶液处于饱和状态。状态。8、标准电池在搬动和使用时，不要使其倾斜和倒置，、标准电池在搬动和使用时，不要使其倾斜和倒置，要放置平稳。接
15、线时正接正、负接负，两极不允许短路。要放置平稳。接线时正接正、负接负，两极不允许短路。六、数据记录和处理六、数据记录和处理室温室温:_气气压压：_数据数据记录记录：电电池池电电池反池反应应电动势测电动势测得得值值平均平均(1)(1)(2)(2)(3)(3)Zn-CuZn-Cu电池电池CuCu的浓差电池的浓差电池Zn-Zn-甘汞电池甘汞电池甘汞甘汞-Cu-Cu电池电池Zn-Zn-银银/氯化银电池氯化银电池银银/氯化银氯化银-Cu-Cu电池电池 1 1、根据、根据饱饱和甘汞和甘汞电电极的极的电电极极电势电势温度校正公温度校正公式，式，计计算算实验实验温度下温度下饱饱和甘汞和甘汞电电极的极的电电极极
16、电势电势：2、根据、根据测测定的各定的各电电池的池的电动势电动势，分，分别计别计算算铜铜、锌电锌电极的极的、3 3、根据有关公式、根据有关公式计计算算Cu-ZnCu-Zn电电池的理池的理论电动势论电动势E E理理并与并与实验值实验值E E实实进进行比行比较较，计算电池的电动势时，计算电池的电动势时，物质的浓度要用活度代替，活度系数由物化书物质的浓度要用活度代替，活度系数由物化书P33P33页页表表8.88.8中查找中查找 。六、数据记录和处理六、数据记录和处理 电电极极电电极反极反应应式式103/(VK-1)106/(VK-2)/VCu2+，ZnCu2+2e-=Cu-0.0160.3419Zn
17、2+，Zn(Hg)(Hg)+Zn2+2e-=Zn(Hg)0.1000.62-0.7627 本实验测得的是实验温度下的电极电势和标准电极电势，本实验测得的是实验温度下的电极电势和标准电极电势，为了比较方便起见，为了比较方便起见，(和附录中所列出的比较和附录中所列出的比较)，可采用下式，可采用下式求出求出298K时的标准电极电势，即时的标准电极电势，即式中式中、为电池中电极的温度系数。对为电池中电极的温度系数。对Cu-Zn电池来说：电池来说：六、数据记录和处理六、数据记录和处理七、思考题七、思考题1、为什么不能用伏特计测量电池的电动势？、为什么不能用伏特计测量电池的电动势？2、为何测电动势要用对消
18、法？对消法的原理是什么？、为何测电动势要用对消法？对消法的原理是什么？3、测量电池电动势为何要用盐桥？选择盐桥中的电解质有什、测量电池电动势为何要用盐桥？选择盐桥中的电解质有什么要求？么要求？4、标准电池和工作电池有什么不同？在使用标准电池时应注、标准电池和工作电池有什么不同？在使用标准电池时应注意什么？意什么？5、电位差计的平衡指示始终要调节为零，如不为零说明什么、电位差计的平衡指示始终要调节为零，如不为零说明什么？如果测量过程中，检零指示始终呈溢出符号，试从接线上？如果测量过程中，检零指示始终呈溢出符号，试从接线上分析可能是什么原因？分析可能是什么原因？6、用、用Zn(Hg)与与Cu组成电池时，有人认为锌表面有汞，因而组成电池时，有人认为锌表面有汞，因而铜应为负极，汞为正极。请分析此结论是否正确铜应为负极，汞为正极。请分析此结论是否正确?7、若用、若用UJ-25型电位差计测电池电动势，检流计光标总偏向型电位差计测电池电动势，检流计光标总偏向一边是什么原因？如何排除？检流计光标不动是什么原因？一边是什么原因？如何排除？检流计光标不动是什么原因？如何排除？如何排除？