1、華南師范大學實驗報告學生姓名：學號：專業：化學師范年級、班級：201級1化教六班課程名稱：物理化學實驗實驗項目：原電池電動勢的測定與應用指導老師：蔡躍鵬實驗評分：實驗目的】掌握電位差計的測量原理和測量電池電動勢的方法；掌握電動勢法測定化學反應熱力學函數變化值的有關原理和方法；加深對可逆電池，可逆電極、鹽橋等概念的理解；測定電池(1)的電動勢；了解可逆電池電動勢測定的應用；根據可逆熱力學體系的要求設計可逆電池，測定其在不同溫度下的電動勢值，計算電池反應的熱力學函數、H【實驗原理】可設計成原電池的化學反應，發生失去電子進行氧化反應的部分可作為陽極，發生獲得電子進行還原反應的部分可作為陰極，兩個半點

2、池組成一個原電池。電池的書寫習慣是左方為負極，即陽極，右方為正極，即陰極。符號“|”表示兩相界面，液相與液相之間一般加上鹽橋，以符號“”表示，。如電池反應是自發的，則其電動勢為正，等于陰極電極電勢E與陽極電極電勢E之差，即EEE以銅鋅電池為例。銅鋅電池又稱丹尼爾電池()，是一種典型的原電池。此電池可用圖示表示如下：ZnZnSO(aImolg)：:CuSO(a1molg)Cu4142左邊為陽極，起氧化反應ZnZn2(a)2ei其電極電勢為EEE竺In竺吐2Fa(Zn2*)右邊為陰極，起還原反應Cu2,(a)2eCu2其電極電勢EEERTlna(Cu)陰2Fa(Cu2)總的電池反應ZnCu2(a)

3、4=-Zn2(a)Cu21原電池電動勢E(E)竺lna(Zn2)ERTlna(Zn2)2Fa(Cu2)2Fa(Cu2)E、E分別為鋅電極和銅電極的標準還原電極電勢，a(Zn2)和a(Cu2)分別為Zn2和Cu2的離子活度。本實驗所測定的三個電池為：.原電池Hg(l)HC(s)KCl(飽和)、AgNO(O.OImolm)Ag(s)陽極電極電勢E/VE/V0.2410B7.610(t/C25)Hg2Cl2(s)/Hg陰極電極電勢EEERTlna(Ag)Ag/AgAg/AgFE/V0.7990.00097(t/C25)Ag/Ag原電池電動勢EEEERTlna(Ag)EAg/AgFHg2Cl2(s)/

4、Hg原電池AgAgCl(s)KCl(0.1molm)：:AgNO(0.01molmB)Ag3陽極電極電勢AgCl(S)/Ag孚lna(Cl)EgCl(S)/Ag/V0-22210-000645(t/C25)陰極電極電勢原電池電動勢EEERTlna(Ag)Ag/AgAg/AgFEEEEAg/AgAgCl(S)/AgRTlnCl)a(Ag)F其中0.01molgAgNO的0.9030.1molgKC/的，0.77稀水溶液中molm*濃度可近似取molg濃度的數值。電池Hg(l)HgCl(s)KCl(飽和)22H(0.1molmHAc0.1molmNaAc),Q曲QPt2陽極電極電勢E/VE/V0.

5、2410B7.60*(t/CB25)Hg2Cl2(s)/Hg陰極電極電勢EEERTIna(H)Q/H2QQ/H2QFE/V0.69947.410(t/C25)Q/H2Q原電池電動勢EEEERTIna(H)EQ/H2QFHg2Cl2(s)/HgE2.303RP=EQ/H2QFHg2Cl2(s)/Hg即E，EE)pHQ/H2eHg2C?2(s)/Hg(2.303RT2/F)由此可知，只要測出原電池3的電動勢，就可計算出待測溶液（HAcNaAc緩沖溶液）的值。測定可逆原電池的電動勢常采用對消法（又稱補償法），其原理和方法在附錄1、2、3中作了詳細的介紹。通過原電池電動勢的測定，還可以得到許多有用的數

6、據，如離子活度等。特別是通過測定不同溫度下原電池的電動勢，得到原電池電動勢的溫度系數（），由此可求出許多熱力學函數，如計算相應p電池反應的摩爾反應吉爾斯函數變GzFE，摩爾反應焓rmHzFEzFTE）及摩爾反應熵SzF（）等。rmTprmTp如果電池反應中，反應物和生成物的活度均為1，溫度為298.15K，則所測定的電動勢和熱力學函數即為相應電池反應的標準E（298.15K）、G（298.15K）、和S歌298.15K）。rmrm利用對消法可以很準確的測量出原電池的電動勢因，此用電化學方法求出的化學反應的熱力學函數G、h、S等比用量熱法或化學平衡常數法求rmrmrm得的熱力學數據更為準確可靠。

7、原電池設計與制造的難度主要是電極的制備，所以對一些常用電極的制備方法作一些了解還是很有必要的（詳見附錄5）。儀器和藥品】-數字電位差計（含附件）1臺溶液標準電池1個溶液甘汞電極（飽和）1支溶液銀-氯化銀電極1支溶液光鉑電極1支醌氫醌固體粉末（黑色）銀電極1支鹽橋3個吸耳球1個燒杯1個洗瓶個廣口瓶個飽和氯化鉀溶液移掖管開m關9xiomv0MI01和在215燒杯中，咖入00蒸餾水計;【實驗步驟J?方法：用小火加熱至近沸，繼續加熱至瓊脂完全溶覺拌使硝酸鉀完全溶解后，趁熱用滴管將它灌入解。然干凈的形管中，兩端要裝滿，中間不能有氣泡，靜置待瓊脂凝固后便可使用。制備好的鹽橋不使用時應浸入飽和硝酸鉀溶液中，

8、防止鹽橋干涸。組合電池將飽和甘汞電極插入裝有飽和硝酸鉀溶液的廣口瓶中。將一個小燒杯洗凈后，用數毫升的硝酸銀溶液連同銀電極一起淌洗，然后裝此溶液至燒杯的處，插入銀電極，用硝酸鉀鹽橋不飽和甘汞電極連接構成電池。測定電池的電動勢根據公式計算實驗溫度下電池（）的電動勢理論值。正確接好測量電池（）的線路。電池與電位差計連接時應注意極性。鹽橋的兩支管應標號，讓標負號的一端始終不含氯離子的溶液接觸。儀器要注意擺布合理并便于操作。用數字電位差計測量電池（）的電動勢。每隔測一次，共測三次。接通恒溫槽電源進行恒溫，使其分別達到C測、C,溫度波動范圍要求控制在正負c之內。把被測電池放入恒溫槽中恒溫，同時將原電池引出

9、線連接到型數字式電位差計的待測接線柱上（注意正負極的連接），測定其電動勢，每分鐘測次，直至電位差計讀書穩定為止。O然后調節恒溫槽，令恒溫升溫。C，重復上述操作，然后再升溫并進行測定。O測量完畢后，倒去兩個小燒杯的溶液，洗凈燒杯的溶液。鹽橋兩端淋洗后,浸入硝酸鉀溶液中保存。實驗記錄及數據處理】室溫：.氣壓:測定值測定平均值理論計算值相對誤差一次二次三次測量溫度：.測定值測定平均值理論計算值相對誤差一次二次三次0.70()飽和甘汞E0.4540V理論Ag/Ag飽和甘汞室溫：.氣壓:次序CEE*E電池反應y=-0.00025X+0.541E/T12回歸方電池反應TOC o 1-5 h zE0加陽Uf

10、0.8112w)0.0005Srmrm|nFTPGrmnFEHrmFEnFTTP=，1二96500，mEo=l0.581得：ArSm=196500-(ArGm=1X96500X0.1(-+ArHm二0.000581(m1k.1為99.610-.1電池總反應:1Hg(l)Cl(飽和)Ag(aq)-HgCl(s)Ag(s)222查參考文獻得（、（、各自的的標準生成焓變AfHm、標準生成自由能變AfGm及標準熵Sm，由此計算出電池反應的AfHm、AfGm、AfSm如下所示.a(q的AfHm、AfGm及SmAfHm(9AfGim(9Smn9(mH(005.0(Cl(aq)-167

11、.44-131.1755.20AAAAAA相對誤差：（相對誤差：（相對誤差：（【結果討論】從以上的實驗結果可以看出本次的實驗誤差較大，分析其可能原因有如下幾點：/l1）只有在電流無限小的情況下測量，才能達到可逆電池的要求，但在實驗過程中電流無法達到無限小仍存在一定值的電流，于是產生的極化作用破壞了電池的可逆性，使電動勢偏離可逆值。2）儀器的不穩定帶來較大誤差，電極上較長時間的有電流通過，會發生電池反應使得溶液濃度下降、電極表面極化，這樣可逆電極變成不可逆的，會給實驗帶來較大誤差。而實驗中所用儀器不穩定，需要較長的時間才能大致調節到平衡，即使是同一個電動勢值，在很短的時間內測得的數據都有較大波動

12、，所以不能很快調節到平衡是實驗的誤差主要來源。3）恒溫槽溫度存在波動，電流不均勻，會造成不穩定，此外實驗中采用鹽橋來消除液接電位，但實際實驗中不能保證鹽橋能夠完全消除液接電位。4）本實驗的理論參考數據是在標準狀況下的數值，而實驗過程中的溫度和大氣壓都有變化，所以計算的誤差也較大。【思考題】為何測電動勢要用對消法？對消法的原理是什么？答：電池電動勢不能用伏特計直接測量，因為電池與伏特計連接后有電流通過，就會在電極上發生極化，結果使電極偏離平衡狀態。另外，電池本身有內阻，所以伏特計測得的只是不可逆電池的端電壓。而測量可逆電池的電動勢，只能在無電流通過電池的情況下進行，因此，采用對消法。對消法是在待

13、測電池上并聯一個大小相等、方向相反的外加電源，這樣待測電池中沒有電流通過，外加電源的大小即等于待測電池的電動勢。電位差計、標準電池、檢流計及工作電池各有什么作用？答：電位差計：利用補償法測定被測電極電動勢；標準電池：提供穩定的已知數值的電動勢，以此電動勢來計算未知電池電動勢。檢流計：指示通過電路的電流是否為零；工作電池：為整個電路提供電源，其值不應小于標準電池或待測電池的值。電池反應測電動勢為何要用鹽橋？如何選用鹽橋以適合不同的體系？答：(1)對于雙液電池電動勢的測定需用鹽橋消除液體接界電勢。()選擇鹽橋中電解質的要求是：高濃度(通常是飽和溶液)；電解質正、負離子的遷移速率接近相等；不與電池中的溶液發生反應。具體選擇時應防止鹽橋中離子與原電池溶液中的物質發生反應，如原電池溶液中含有能與作用而產生沉淀的、離子或含有能不離子作用的-離子，則不可使用鹽橋，應選用或鹽橋3在測定電動勢過程中，若檢流計的指針總往一個方向偏轉，可能是何原因？答：若調不到零點，可能的原因有：()電池(包括工作電池、標準電池和待測電池)的正負極接反了；()電路中的某處有斷路；()標準電池或待測電池的電動勢大于工作電池的電動勢，超出測量范圍。若電池極性接反了有什么后果