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1、实验六十七 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,（1）掌握电位差计的测量原理和正确使用方法。 （2）学会一些电极的制备和处理方法。 （3）测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势。,二、实验原理,电池电动势是通过原电池电流为零(电池反应达平衡)时的电池电势，用E表示，单位为伏特。由于电动势的存在，当外接负载时，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，伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。 因此电池电动势不能直接用伏特表来测定。
2、 利用电位差计可在电池无电流（或极小电流）通过时测得其两极间的电势差，即为该电池的平衡电动势。,能否用伏特计来测量E ？,电位差计是根据补偿法(或称对消法)测量原理设计的一种平衡式电压测量仪器。其工作原理是在待测电池上并联一个大小相等，方向相反的外加电势，这样待测电池中就没有电流通过，外加电势差的大小就等于待测电池的电动势。如图1所示。,二、实验原理,Ew-工作电源； EN-标准电池； EX-待测电池； R-调节电阻； RX-待测电池电动势补偿电阻； RN-标准电池电动势补偿电阻； K-转换电键； G-检流计,1）校准工作电流IW,二、实验原理,如图所示，电位差计有工作、标准、测量三条回路。,
3、开关K打向1，预先调好标准回路中的标准电阻RN，调节工作回路的电阻R至检流计无电流通过，工作电流IW就已被确定。,2）测量未知电池电动势EW,二、实验原理,开关K打向2，调节测量回路的电阻RK至检流计无电流通过，此时I RK与被测电池电动势对消。,如图所示，电位差计有工作、标准、测量三条回路。,电池电动势 E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。,电极： KCl(饱和溶液) Hg2Cl2(s) Hg,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
4、极电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,二、实验原理,还原电极电势：,三、仪器与试剂,1、仪器：,2、试剂：,SDC数字电位差计 1台 饱和甘汞电极 1支 银/氯化银电极 1支 电极管 3支 铜电极 2支 锌电极 1支 电极管 3个 电镀装置 1套 250 mL烧杯 1个 50mL小烧杯 4个,0.1000molL-l硫酸锌溶液 0.1000molL-l硫酸铜溶液 0.0100molL-l硫酸铜溶液 6 molL-l硫酸溶液 6 molL-l硝酸溶液 饱和硝酸亚汞溶液 镀铜溶液 饱和氯化钾溶液,四、实验步骤,1、电极制备,1）锌电极 用6 molL-l硫酸浸洗，依
5、次用水、蒸馏水淋洗，再将其浸入饱和硝酸亚汞溶液中35秒，待汞齐化后取出，用滤纸擦干，再用蒸馏水淋洗(注意：Hg有毒)。把处理好的锌电极插入清洁的电极管内并塞紧，将电极管的虹吸管浸入盛有0.1000molL-1ZnSO4溶液中，用吸气球自支管抽气，将溶液吸入电极管至高出电极约1cm，停止抽气，旋紧活夹，电极的虹吸管内(包括管口)不可有气泡，也不能有漏液现象。,四、实验步骤,1、电极制备,2）铜电极 将铜电极在6 molL-l硝酸内浸洗，取出后依次用水、蒸馏水淋洗干净，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。电镀条件是：电流密度控制在10mAcm-2左右，电镀1h。电镀后应使
6、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,仿锌电极，吸入0.1000molL-1CuSO4溶液，制成铜半电池。,将饱和KCl溶液注入50mL小烧杯中作为盐桥，得 电池1： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu 电池2： Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(饱和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l) 电池3： Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu 电池4： Cu | Cu 2+(0.0100molL-1)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu 电池5：
7、Zn|Zn2+(0.1000molL-1)|KCl(饱和)|AgCl(s)|Ag 电池6： Ag|AgCl(s)|KCl(饱和)|Cu2+(0.1000molL-1)|Cu,四、实验步骤,2、电池组合,四、实验步骤,3、电动势测定,1）根据Nernst公式计算实验温度下电池1、2、3、4、5、6的电动势理论值。 2）正确接好测量电池1的线路。用SDC数字电位差计测量电池1的电动势。每隔2分钟测一次，共测三次。 3）同法，用SDC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。 4）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。,1、为使
8、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。,2、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，可在约15 min内等间隔地测量78个数据。若这些数据是在平均值附近摆动，偏差小于0.5 mV，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。,五、注意事项,4、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mV。,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，以确保浓度的准确性，装液后要检查是否漏液
9、和电路是否畅通，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，以防止对电极腐蚀 。,7、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，使溶液处于饱和状态。 8、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。接线时正接正、负接负，两极不允许短路。,六、数据记录和处理,室温:_气压：_ 数据记录：,1、根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验温度下饱和甘汞电极的电极电势：,2、根据测定的各电池的电动势，分别计算铜、锌电极的,、,、,3、根据有关公式计算Cu-Zn电池的理论电动势E理并与实验值E实进行比较，计算电池的电动势
10、时，物质的浓度要用活度代替，活度系数由物化书P33页表8.8中查找 。,六、数据记录和处理,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，(和附录中所列出的比较)，可采用下式求出298K时的标准电极电势，即,式中、为电池中电极的温度系数。对Cu-Zn电池来说：,六、数据记录和处理,七、思考题,1、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？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？ 6、用Zn(Hg)与Cu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? 7、若用UJ-25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？如何排除？,