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原电池电动势的测定摘要为了掌握电池电动势的测量方法，深化可逆电池、可逆电极、盐桥的概念。实验通过测量铜，镍，锌的电极电势，以及不同的铜离子浓度的电池的电动势。得到的实验结果为，铜测量标准电极电位是0.2692V，镍标准电极电位是-0.12164V，锌的标准电极电位是-0.82345V。根据不同浓度的铜离子的电动势变化，可以判断出能斯特方程具有很好的合理性。通过简单的原电池电动势的测定使我们对课本抽象的知识有更深入的认识和了解。关键词：原电池电动势对消法AbstractInordertomasterthemethodsofmeasurementofelectromotiveforce,deepenreversiblebatteryelectrodes,theconceptofreversiblesaltbridge.Experimentbymeasuringtheelectromotiveforceofcopper,nickel,zincelectrodepotential,aswellasdifferentconcentrationsofcopperionbattery.Theexperimentalresultsobtained,formeasuringthestandardelectrodepotentialofcopperis0.2692V,thestandardelectrodepotentialofnickelis-0.12164V,thestandardelectrodepotentialofzincis-0.82345V.Fordifferentconcentrationsofcopperions,itisreasonableNernstgoodproof.Determinationofprimarycellsbysimpleforceenablesustotextbookabstractknowledgedeeperknowledgeandunderstanding.Keywords:Theoriginalbatteryelectromotiveforcecancellationmethod本实验中的半电池由一片金属M及与之相接触的含有该金属离子Mz+的水溶液构成。两个半电池的金属电极之间用导线连接一个负载，并在两个电解质溶液之间放置一个盐桥，就会有直流电通过整个回路。通过测量电流方向或者电池产生的电动势大小，不同金属的还原性强弱顺序可以被确定下来。实验所用的仪器是SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪进行电势测量。采用的实验方法是对消法，即在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，此时电池中的化学反应可以被看作是在接近热力学可逆条件下，外加电势差的大小即等于待测电池的平衡电动势。一、实验部分：1.实验仪器与试剂：SDC-Ⅱ电位差的数字综合仪表，LQY离子迁移数测量仪，一个饱和甘汞电极，锌电极，铜电极，镍电极，烧杯，10毫升移液管，U形管，烧瓶，硝酸银，硫酸，镀铜溶液，氢氧化钾，硫酸铜水合物，硫酸锌七水合物，琼脂，蒸馏水，饱和氯化钾溶液。2.实验步骤:①准备：打磨电极使得明亮，用稀硫酸氧化物电极表面上，然后用蒸馏水冲洗。然后用铜电极铜30分钟。连接到220CV电源插座仪器后面板上的电源线，打开电源开关，预热15分钟。②配制溶液。硝酸银进行称重，氢氧化钾，硫酸铜，硫酸锌七水合物，记录质量。然后100mL量瓶中，配制成近0.1000mol/L的溶液。然后称重不同质量硫酸铜五水合物，配制成1.000mol/L，0.0100mol/L，0.0010mol/L，0.0001mol/L的溶液。③制备盐桥。烧杯中加入琼脂蒸馏水97mL和3克，使用水浴琼脂方法加热直至完全溶解，然后加入30gKCl充分搅拌，完全溶解后，进入U型管，静置直到琼脂可冷凝后使用。④电动势的测定。“测量选择”旋钮置于“内标”，将测试线分别插入测量插孔内，分别为“100”的位置旋钮设置为“1”，将“补偿”旋钮逆时针旋转到底，其他都是“0”，两个测试引线短路。经过“检零指示”显示值是稳定的，按采零键，“检零指示”显示为“0000”，“测量选择”到“测量”，用测试线被测电动势按“+”，“-”极性与“测量插口”的连接，调节旋钮，使“零检查指示”显示值是负的，最小的绝对值，调整“补偿”旋钮，使“检零指示”显示为“0000”，此时“电位显示”数值即为电动势的值，分别测定铜，锌，镍的电动势，随后改变浓度的铜浓度测电动势，以及铜和硫酸铜电动势氢氧化钾溶液。记录在表中。⑤整理设备。3.实验数据记录:3.1根据公式：C=N/（M*0.1）计算不同溶液的浓度：物质CuSO4*5H2OZnSO4*7H2ONi(NO3)2CuSO4*5H2OCuSO4*5H2OKOH相对物质质量249.68287.54290.79249.68249.6856.11质量（g)2.49852.87032.90190.249424.93355.618浓度(mol/L)0.10010.09980.09980.01000.99861.0012表1物质的质量（T=16.8℃）3.2电池表达式：以左侧为阳极，右边是阴极的。符号“|”表示两相界面，“||”表示一个盐桥。下面是电池和实验表达式的组合：序号电池表达式电动势（V）1Zn|ZnSO4(0.0998mol/L)||Ni(NO3)2(0.0998mol/L)|Ni0.684512Zn|ZnSO4(0.0998mol/L)||CuSO4(0.1001mol/L)|Cu1.091023Ni|Ni(NO3)2(0.0998mol/L)||CuSO4(0.1001mol/L)|Cu0.409534Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)||CuSO4(0.1001mol/L)|Cu0.039345Ni|Ni(NO3)2(0.09980mol/L)||KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg0.368666Zn|ZnSO4(0.0998mol/L)||KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg1.034487Cu|KOH(1.0012mol/L)||CuSO4(1.0000mol/L)|Cu0.367528Zn|ZnSO4(0.0998mol/L)||CuSO4(0.9986mol/L)|Cu1.112219Zn|ZnSO4(0.0998mol/L)||CuSO4(0.0100mol/L)|Cu1.0587910Zn|ZnSO4(0.0998mol/L)||CuSO4(0.0010mol/L)|Cu1.0469111Zn|ZnSO4(0.0998mol/L)||CuSO4(0.0001mol/L)|Cu1.03424Table2电源电池（T=17.3℃）3.3室温T附近饱和甘汞电极的电极电势：φ饱和甘汞/V=0.2415-7.61*0.0001（T/K-298）在T=17.3℃饱和甘汞φ=0.22833V。根据E=φ+-φ-，计算金属电极电势1的电极电位，根据E1-E2=φ（M1）-φ（M2），计算出金属电极电势2，根据φ=φθ-（RT/2F）*Ln（1/c），计算出标准电极金属电极电势1和2中，与文献值进行比较：电极电极电势1（V）电极电势2（V）标准电极电势1(V)标准电极电势2(v)文献值相对误差1相对误差2Cu0.26920.188990.298220.218010.3412.29%35.88%Ni-0.121640.59699-0.092620.62601-0.2359.73%372.18%Zn-0.823451.26281-0.794431.29183-0.764.53%269.98%表3电动势（T=17.3℃）3.4.通过Origin，根据实验编号2,8,9,10,11电动势E对铜离子浓度的自然对数LnC做图。-10-501.021.041.061.081.101.12E/VlnCEquationy=a+b*xWeightNoWeightinResidualSumofSquares1.4982E-4Pearson'sr0.98179Adj.R-Squar0.95189ValueStandardErrBIntercept1.10860.00547BSlope0.00869.70607E-4lnC-E的直线图3.5根据公式E=EA-（RT/2F）*LN（1/CCuSO4*C2KOH），在实验编号7中得到Eθ=0.36752+（8.3145*（17.3+273.15）/（2*96500））*Ln（1/（0.9986*1.0012*1.0012））=0.36751V根据公式Kθ=EXP（（zF/RT）*Eθ）=EXP（（2*96500/（8.3145*（273.15+17.3））*0.36751））=5.69731*1012得到KSP=1/Kθ=1.75522*10-13目前已知文献值Kθ=10-20，可见有很大的差别。二、实验结果分析：1.数据分析：①从表3可以看出，根据E=φ+-φ-计算电极电势1的偏差非常大的，但是根据E1-E2=φ（M1）-φ（M2）计算相对偏差时是较小，前者是一组所获得的电动势，这是基于两组的电池以汞电极为基准得到，造成这样的原因可能是因为影响电极电势除了电极的构成还有其他损失，还有氢的超电势。除此之外，镍和锌的电极电势的偏差一直是很大的，它说明了两种金属的不稳定性。②LnC-E线图可以知道从斜率=0.0086，根据能斯特方程E=Eθ-（RT/2F）*Ln（1/CCuSO4*C2KOH），表明为理论斜率=0.0125，相对误差为31.2％。在实验中，我们做出的相关系数为0.95189，虽然比较低，可以看出能斯特具有合理性。③LnC-E线图可以知道，随着浓度升高电池电动势也在升高。④实验得到氢氧化铜溶度积比真实值大得多。2.误差分析：从数据中可以看出误差，有很多可能的来源：①溶液配制不准确，容量瓶定容过一点点，配制低浓度时没有小的容量瓶②温度的不稳定，当天上下午的温度是不同的③使用SDC-Ⅱ的电位差的数字综合测量测锌镍极的电动势不稳定④反复使用一个盐桥，盐桥也毁损一点。3.实验的建议：①使用盐桥应该避免磨损②可以做平行实验③提供使用一些相对小量程的容量瓶4.实验思考：①在电位测量电动势的过程中，不能调整“检零指示”到“0000”，可能是因为正极和负极接反了，也有可能是一个机器坏了②因为在原电池反应中,正负极需要离子补充以保证溶液中性,才能使化学反应进行下去.比如铜锌原电池,负极是锌。锌失电子变成锌离子进入溶液,溶液中必须有负离子与之平衡电荷,就是盐桥中的氯离子进入达到这个效果.正极那边,铜离子得电子析出,盐桥中的钾离子进入溶液以平衡溶液中的阴离子.而导线显然没有这个能力,所以不能用导线代替盐桥.③盐桥是消除液体接界电势的具体原则是琼脂溶液中的离子和离子交换，所以盐桥中的离子会进入原电池的电解质溶液中，电解质中的阴阳离子也会进去盐桥，当反复长时间使用，在离子浓度的盐桥将会有些许损失，需要重新浸泡饱和氯化钾恢复它。使用一次或两次的影响可以忽略影响④铅的标准电极电势Pb2++2e→Pb（E1）;与汞齐化铅的标准电极电势Pb2++2e+Hg→Pb（Hg）（E2），E1和E2几乎相等，但在电极反应：PbSO4（s）+2e+Hg→Pb（Hg）（E3），如果E1=-0.1263V，PbSO4（s）的Ksp=1.58*10-8，根据公式中得到E3=-0.3596V，文献值为-0.36V，计算相对误差为0.11%。5.实验总结：这个实验是比较简单的，但让我们接触到这本书的电解池，我觉得很新鲜。两个人做实验快，合作的也很不错。一个学期物化实验结束了，我觉得这学期物化实验学到了很多东西，无论是使用计算能力的软件，知识或扩大能力的能力，得到了很好的改善。完成实验报告时很开心，合作的默契度有了很大的提高。我希望这些实验技巧和数据处理方法在我的记忆中永不逝去。参考文献：《物理化学实验讲义》实验12原电池电动势的测定《物理化学》