电池电动势的测定概要

原电池电动势的测定与应用李国良物理化学研究所一、实验目的加深对可逆电极、可逆电池、盐桥等概念的理解。掌握电位差计的测定原理和原电池电动势的测定方法。测定以下电池（I）及电池（II）的电动势。了解可逆电池电动势测定的应用。二、实验原理可逆电池的电动势电池的书写习惯是左方为负极，右方为正极。负极进行氧化反应，正极进行还原反应。如果电池反应是自发的，则电池电动势为正。符号“∣”表示两相界面，“‖”表示盐桥。在电池中，电极都具有一定的电极电势。当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势。规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差，即：E二、实验原理电池（I）：Ag|L0.02molAgNO||KCl|ClHg|Hg-1322饱和负极反应：eClHgClHg2221-饱和AgeAg正极反应：AgClHgAgClHg2221-饱和总反应：二、实验原理AgoAg/AgAg/Aga1lnFRT银电极的电极电势：25t00097.0799.0oAg/AgCloa1lnFRT饱和甘汞饱和甘汞0.02AgaAg饱和甘汞电极的电极电势：25t00065.02415.0饱和甘汞二、实验原理醌氢醌电极电极电势：电池（II）：Pt|QQNaAcL0.2molHAcL0.2molH||饱和KCl|ClHg|Hg2H-1-122正极反应：氢醌OHHC2e2H醌OHC246246pHF2.303RTa1lnFRTo醌氢醌Ho醌氢醌醌氢醌25t0.000740.6994o醌氢醌二、实验原理原电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为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。准确测定电池的电动势只能在无电流（或极小电流）通过电池的情况下进行，需用对消法。二、实验原理对消法测定原电池电动势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差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。三、仪器与试剂仪器：SDC数字电位差计1台饱和甘汞电极1支光亮铂电极1支银电极1支250mL烧杯1个20mL小烧杯2个U形管2个0.02molL-1的硝酸银溶液0.2molL-1的醋酸钠溶液0.2molL-1的醋酸溶液饱和氯化钾溶液醌氢醌晶体硝酸钾琼脂试剂：四、实验步骤1、制备盐桥在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上表面皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶解。然后加入40g硝酸钾，充分搅拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入干净的U形管中，两端要装满，中间不能有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用。制备好的盐桥不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸。四、实验步骤2、组合电池取一20mL小烧杯洗净后，用数毫升0.02molL-1的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗，然后装此溶液至烧杯的2/3处，插入银电极，用硝酸钾盐桥与饱和甘汞电极连接构成电池。另取一20mL小烧杯，洗净后用数毫升0.2molL-1的ＨＡc与0.2molL-1的NaAc的混合溶液连接同铂电极一起淌洗，然后装此混合液至烧杯的2/3处，加入少量醌氢醌粉末，用干净的小玻棒搅匀使之溶解，但仍保持溶液中含少量固体，然后插入光亮铂电极，架上盐桥与饱和甘汞电极组成电池。四、实验步骤3、测定电池的电动势根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）、（II）的电动势理论值。正确接好测量电池（I）的线路。用SDC数字电位差计测量电池（I）的电动势。每隔2分钟测一次，共测三次。同法，用SDC数字电位差计测量电池（II）的电动势，要测至平衡时为止。测量完毕后，倒去两个小烧杯的溶液，洗净烧杯的溶液。盐桥两端淋洗后，浸入硝酸钾溶液中保存。五、实验记录及数据处理室温：；气压计读数：。电池（I）测定记录测定值（V）测定平均值（V）理论计算值（V）相对误差一次二次三次电动势（V）pH值测定值利用电动势求得的pH值理论值2分钟4分钟6分钟……电池（II）测定记录六、实验注意事项（1）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。（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15min内等间隔地测量7～8个数据。若这些数据是在平均值附近摆动，偏差小于±0.5mV，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。七、提问与思考1、为何测电动势要用对消法？对消法的原理是什么？2、测电动势为何要用盐桥？如何选用盐桥以适合不同体系？3、使用醌氢醌电极的限制条件得什么？4、如果测量过程中，检零指示呈溢出符号，试从接线上分析可能是什么原因？八、参考文献1、复旦大学等编．物理化学实验．第三版．北京：高等教育出版社，2004．2、北京大学物理化学教研室教学组编．物理化学实验．北京：北京大学出版社，1981．3、清华大学物理化学实验编写组编．物理化学实验．北京：清华大学出版社，1991．4、柯以侃主编．大学化学实验．北京：化学工业出版社，2001．5、夏海涛主编．物理化学实验．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003．6、刘寿长，张建民，徐顺主编．物理化学实验与技术．郑州：郑州大学出版社，2004．7、吴子生，严忠主编．物理化学实验指导书．长春：东北师范大学出版社，1995．