原电池电动势的测定及其应用

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1、实验七原电池电动势的测定及其应用【目的要求】1.掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作技术。2.学会铜、锌等电极和盐桥的制备方法。3.加深对原电池、电极电势等概念的理解。预习要求1.了解如何正确使用电位差计、标准电池和检流计。2.了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念及其制备。【基本原理】　　凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。对定温定压下的可逆电池而言:(ΔrGm)T，P=—nFE　　　　　式中，F为法拉弟(Farady)常数，n为电极反应式中电子的计量系数，E为电池的电动势。　　可

2、逆电池应满足如下条件:　　(1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。　　(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界。　　(3)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，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。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。　　可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为φ，负极电势为φ，则:E　=　φ

3、　－　φ　　电极电势的绝对值无法测定，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极作为标准(标准氢电极是氢气压力为101325Pa，溶液中各物质活度为1，其电极电势规定为零。将标准氢电极与待测电极组成一电池，所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便，常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出。　　下面以铜锌电池为例：　　对铜电极可设计电池如下:Zn(S)｜ZnSO4(a1)‖CuSO4(

4、a2)｜Cu(S)正极（铜电极）的反应为:Cu+2e→Cu负极（锌电极）的反应为:Zn→Zn+2e电池反应：Cu+Zn→Zn+Cu　　相应的电极电势分别为：φCu/Cu=φ0Cu/Cu—（RT/2F）ln（aCu/aCu）φZn/Zn=φ0Zn/Zn—（RT/2F）ln（aZn/aZn）　　所以，铜锌电池的电动势为　　E=φCu/Cu—φZn/Zn　　　　=[φ0Cu/Cu—φ0Zn/Zn]—（RT/2F）ln（aCuaZn）/（aCuaZn）　　　=E0—（RT/2F）ln（aCuaZn）/（aCuaZn

5、）　　纯固体的活度为1，所以，上式变为：E=E0—（RT/2F）ln（aZn）/（aCu）　　电池电动势不能用伏特计来直接测量，因为当把伏特计与电池接通后，由于电池的放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断改变，因而电动势也会发生变化。另一方面，电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池的真正的电动势。　　电势差计是可以利用对消法原理进行电势差测量的仪器。即能在电池无电流（或极小电流）通过时测得其两极的电势差。这时的电势差是电池的

6、电动势。【仪器和试剂】　　1.仪器：电位差计　　　　　　　　1台　　　　　　铜电极　　　　2只　　　　　锌电极　　　　　1只　　　　　　　直流复射式检流计1台　　　　　　　　　　滑线电阻　　　1只　　　　　　毫安表　　　　　1只　　　　　　　精密稳压电源(或蓄电池)　1台　　　　　　铂电极2只　　　　　　　　盐桥　　　　　　数只　　　　　　　标准电池　　　　　　　　1只　　　　　　饱和甘汞电极　　1只2.药品：　0.1MCuSO4　　6M稀HNO3　　　KCl饱和溶液　　　　　　镀铜溶液　　　　　0.1MZ

7、nSO4　　　3M稀H2SO4　　Hg2(NO3)2饱和溶液　　　纯汞【实验步骤】　　1）、电极的制备①锌电极的制备　　将锌电极在3M稀硫酸溶液中浸泡片刻，取出洗净，浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约10s，表面上即生成一层光亮的汞齐，用水冲洗晾干后，插入0.1MZnSO4中待用。　　②铜电极的制备　　将铜电极在6M稀硝酸中浸泡片刻，取出洗净，作为负极，以另一铜板作正极在镀铜液中电镀(镀铜液组成为:每升中含125gCuSO4·5H2O，25gH2SO4，50mL乙醇)。线路见图。控制电流为20mA，电镀20min

8、得表面呈红色的Cu电极，洗净后放入0.1000mol·kg-1CuSO4中备用。2）、盐桥制备（教师已制备好）　　①简易法　　用滴管将饱和KNO3(或NH4NO3)溶液注入Ｕ型管中，加满后用捻紧的滤纸塞紧Ｕ型管两端即可，管中不能存有气泡。　　②凝胶法　　称取琼脂1g放入50mL饱和KNO3溶液中，浸泡片刻，再缓慢加热至沸腾，待琼脂全部溶解后稍冷，将洗净之盐桥管插入琼脂溶液中，从管的上口将溶液吸满(管中不能有气泡)