1、物理化學實驗技能競賽：電池電動勢測定的應用一、實驗目的1掌握對消法測定電池電動勢的原理和方法；2熟悉SDC-A型數字電位差綜合測試儀的使用方法；3掌握通過測定可逆電池電動勢測定電解質的平均離子活度因子。二、實驗原理將化學能轉變成電能的裝置稱為原電池，簡稱電池。若這種能量的轉換是以熱力學可逆方式進行的，則稱為可逆電池。此時電池兩極間的電勢差可達最大值，稱為該電池的電動勢E。可逆電池應滿足如下條件：電池在充放電時，電池反應必須可逆，亦電極、電池反應均可逆。電池中不允許存在任何不可逆的液接界。通過電池的電流應為無限小，保證電池的充、放電過程必須在平衡態下工作。可逆電池電動勢的測量在物理化學研究中具有

2、重要意義，應用也十分廣泛。如測量標準電極電勢、化學反應的平衡常數、電解質溶液的離子活度因子、難溶鹽的活度積、溶液的pH值以及化學反應的某些熱力學函數的改變量（，）等。利用補償法（即對消法）可以使電池在無電流通過（或電流無限小）時，測得兩電極的電勢差，即為電池的電動勢。當原電池存在兩種電解質界面時，便產生一種稱為液體接界電勢的電動勢，使得電池不能滿足可逆電池的條件，減少液體接界電勢的辦法常用鹽橋。1對消法測量電動勢的原理電位差計是按照對消法測量原理而設計的一種平衡式電學測量裝置，能直接給出待測電池的電動勢（以V表示）。對消法是用一個方向相反、數值相等的外電勢來抵消原電池的電動勢，使連接兩電極的導

3、線上I®0，這時所測出的E就等于被測電池的電動勢E。圖1是對消法測量電池電動勢原理圖。 圖1對消法測量電池電動勢的原理圖EW-工作電池；E X-待測電池；EN-標準電池；G-檢流計；R-調節電阻；Rx-待測電池電動勢補償電阻；K-轉換電鍵；RN-標準電池電動勢補償電阻 當換向開關K扳向“1”一方時，通過調節R使G中電流為零，此時產生的電位降V與標準電池的電動勢EN相抵消，也就是說大小相等而方向相反。校準后的工作電流I為某一定值I0。當換向開關K扳向“2”一方時，在保證校準后的工作電流I0不變，即固定R的條件下，調節電阻Rx，使得G中電流為零。此時產生的電位降V與待測電池的電動勢E X

4、相抵消。其公式為： (1) 如果知道了和EN，就能求出未知電池電動勢EX。2溶液pH值的測定可逆電池電動勢等于電池兩個電極電勢之差： (2)式中，、分別為正、負極的電極電勢，可由電極的能斯特方程計算而得。對任意一個給定電極，其電極反應的通式為：氧化態 + ze- 還原態式中，z為進行上述電極反應所需電子的物質的量。則電極電勢的能斯特方程為： (3)式中，為該電極的標準電極電勢。醌氫醌()電極是一種氫離子指示電極，主要用于溶液pH值的測定。為醌()與氫醌等摩爾混合物，醌氫醌為深褐色固體粉末，微溶于水。被溶解部分能完全分解為等量的醌和氫醌。 醌氫醌電極的電極反應為： 其電極電勢為： (4)由于醌氫

5、醌是醌和氫醌的等分子復合物，在水中溶解度很小，所以在溶液中醌和氫醌的濃度相等且很低，故可認為，則： (5)通常將待測pH值的溶液用醌氫醌飽和后，再插入一輔助電極（一般為Pt電極）就構成了電極。電極與一個參比電極（一般為甘汞電極）相連構成如下電池：其電池電動勢為： (6)將式(5)代入，則： (7) (8)其中， (9) (10) 3電解質平均離子活度因子的測定將銀電極插入AgNO3(0.1000mol·kg-1)溶液中作為正極，以飽和甘汞電極作為負極，構成如下電池：其電池電動勢為： (11) 其中， (12) (13) 通過測定電池電動勢E，即可求得。三、儀器及試劑儀器:恒溫槽（SY

6、P玻璃恒溫水浴和SWQ-A智能數字恒溫控制器組成）1套 ；SDC-A型數字電位差綜合測試儀1臺；標準電池1個；飽和甘汞電極 1支；銀電極1支；鉑電極1支；鹽橋2個；100ml燒杯4個。 試劑: 醌氫醌；飽和KCl溶液 ；未知pH值溶液；0.1000mol·kg-1的AgNO3溶液。四、實驗步驟1實驗準備（1）接通SDC-A型數字電位差綜合測試儀的電源，面板圖如圖2所示，打開面板上電源開關（ON），預熱10min。圖2 SDC-A型數字電位差綜合測試儀（2）接通恒溫槽電源，調節恒溫槽溫度為30，誤差為±0.1。（3）按下面的電池圖式將電池1和電池2準備好。電池1：將未知pH值

7、溶液倒入小燒杯中（1/3杯），再加入少量（約綠豆大小）的醒氫醌粉末，攪拌使之充分溶解達飽和，且保持溶液中有少量固體，然后插入鉑電極組成電池的正極。將飽和KCl溶液倒入小燒杯中（1/3杯），然后插入飽和甘汞電極組成電池的負極，兩電極中間插入鹽橋，電池1準備完畢，將電池1放在30的恒溫槽中恒溫10分鐘。電池2： 將0.1000mol·kg-1的AgNO3溶液倒入小燒杯中（1/3杯），然后插入銀電極組成電池的正極。將飽和KCl溶液倒入小燒杯中（1/3杯），然后插入飽和甘汞電極組成電池的負極，兩電極中間插入鹽橋，電池2準備完畢，將電池2放在室溫即可。2標準電池的校正（以外標為基準進行測量）（參見實驗講義第四章p227228）3按理論值計算各電池的電動勢 測定每組電池電動勢之前，要將電位差綜合測定儀上的電勢讀數（V）調整到電動勢的計算值附近后，再進行精密測量。4測量電池1在指定溫度下的電動勢（參見實驗講義第四章p227228）測量電池1在30時的電動勢，要求對電動勢測量三次取平均值，相鄰兩次的測量值之差在0.0005V之內，否則隔2min后重測。5測量電池2在室溫下的電動勢測量電池2在室溫下的電動勢，操作步驟與電池1相同。6實驗完畢關上各儀器電源，將電極和鹽橋用蒸餾水冼凈擦干放好。五、數據記錄及處理 1將所測實驗數據填入下表中。室溫 大氣壓 kpa表1 電動勢E實驗數據表