物化实验报告电池电动势的测定及其应用.docx
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物化实验报告电池电动势的测定及其应用
篇一:
华师物化实验-原电池电动势的测定与应用
华南师范大学实验报告
学生姓名:
d学号:
专业:
化学师范年级、班级:
级化教六班课程名称:
物理化学实验实验项目:
原电池电动势的测定与应用指导老师:
蔡跃鹏实验评分:
【实验目的】
1.掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法;
2.掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法;3.加深对可逆电池,可逆电极、盐桥等概念的理解;4.测定电池
(1)的电动势;
5.了解可逆电池电动势测定的应用;
6.根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池,测定其在不同温度下的电动
势值,计算电池反应的热力学函数△、△、△。
【实验原理】
可设计成原电池的化学反应,发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极,发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极,两个半点池组成一个原电池。
电池的书写习惯是左方为负极,即阳极,右方为正极,即阴极。
符号"|"表示"表示,。
如电池反应是自发的,则其电动势为正,等于阴极电极电势?
与阳极电极电势?
之差,即?
?
以铜-锌电池为例。
铜-锌电池又称丹尼尔电池(Dac),是一种典型的原电池。
此电池可用图示表示如下:
?
4(a1?
1?
?
1)C4(a2?
1?
?
1)C?
左边为阳极,起氧化反应
2?
(a1)?
2
其电极电势为
?
阳?
a()
2a(2?
)
右边为阴极,起还原反应
C2?
(a2)?
2C
其电极电势
?
阴?
a(C)
2?
2a(C)
总的电池反应
?
C2?
(a2)2?
(a1)?
C
原电池电动势
a(2?
)a(2?
)?
=?
?
(?
)?
2?
2?
2a(C)2a(C)
?
?
?
、?
分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势,a(2?
)和a(C2?
)分
别为2?
和C2?
的离子活度。
本实验所测定的三个电池为:
1.原电池?
()2C2()C(A3(0.01?
d?
3)A()?
阳极电极电势?
/?
2C2()//?
0.2410?
7.6?
10?
4(/℃?
25)
?
阴极电极电势A?
/A?
?
A?
/A
a(A?
)
?
/?
0.799?
0.00097?
(/℃?
25)A?
/A
?
原电池电动势?
?
A?
/A
a(A?
)?
2C2()/
2.原电池?
AAC()C(0.1?
d?
3)A3(0.01?
d?
3)A?
阳极电极电势?
AC()/A?
a(C?
)
a(A?
)
a(C?
)a(A?
)
?
AC()/A/?
0.2221?
0.000645?
(/℃?
25)
?
阴极电极电势A?
/A?
?
A?
/A
原电池电动势?
?
AC()/A
A/A
其中0.01?
?
1A3的?
0.90
0.1?
?
1C的?
0.77
稀水溶液中?
d?
3浓度可近似取?
?
1浓度的数
值。
3.
原
电
池
?
()2C2()C(饱和)
?
(0.1?
d?
3Ac?
0.1?
d?
3
aAc),?
2?
阳极电极电势?
/?
2C2()//?
0.2410?
7.6?
10?
4(/℃?
25)
?
阴极电极电势/2?
/2?
a(?
)
a(?
)?
2C2()/
4
?
25)/2/?
0.6994?
7.4?
10(/℃
?
原电池电动势?
/2=/2?
2.303
?
2C2()/
即?
?
/2?
2C2()/?
)
(2.303/)
由此可知,只要测出原电池3的电动势,就可计算出待测溶液(Ac和aAc缓冲溶液)的值。
测定可逆原电池的电动势常采用对消法(又称补偿法),其原理和方法在附录1、2、3中作了详细的介绍。
通过原电池电动势的测定,还可以得到许多有用的数据,如离子活度等。
特别是通过测定不同温度下原电池的电动势,得到原电池电动势的温度系数(?
),由此可求出许多热力学函数,如计算相应电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变?
,摩尔反应焓
?
?
?
?
?
()等。
及摩尔反应熵?
()
?
?
如果电池反应中,反应物和生成物的活度均为1,温度为298.15,则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准?
(298.15)、
?
(298.15)、和?
(298.15)。
利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势,因此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数?
、?
、?
等比用量热法或化学平衡常数法求得的热力学数据更为准确可靠。
原电池设计与制造的难度主要是电极的制备,所以对一些常用电极的制备方法作一些了解还是很有必要的(详见附录5)。
【仪器和药品】
D-C数字电位差计(含附件)1台0.01.d-3A3溶液标准电池
甘汞电极(饱和)银-氯化银电极光铂电极银电极吸耳球
1个0.1.d-3C溶液1支0.2.d-3Ac溶液1支0.2.d-3aAc溶液1支3盐桥1个100烧杯
3个1个
1支醌氢醌固体粉末(黑色)
洗瓶
饱和氯化钾溶液
1个50广口瓶
10移掖管
3个3支
图11.1D-C数字电位差计;左图为全图,右图为操作面板
【实验步骤】
1.制备盐桥
3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法:
在250烧杯中,加入100蒸馏水和3琼脂,盖上表面皿,放在石棉上用小火加热至近沸,继续加热至琼脂完全溶解。
然后加入40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。
2.组合电池
将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中。
将一个20小烧杯洗净后,用数毫升0.02/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,用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池。
3.测定电池的电动势
①根据公式计算实验温度下电池()的电动势理论值。
②正确接好测量电池()的线路。
电池与电位差计连接时应注意极性。
盐桥的两支管应标号,让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触。
仪器要注意摆布合理并便于操作。
③用DC数字电位差计测量电池()的电动势。
每隔2测一次,共测三次。
④接通恒温槽电源进行恒温,使其分别达到21.5℃25.2℃、30.1℃,温度波动范围要求控制在正负0.2℃之内。
把被测电池放入恒温槽中恒温15,同时将原电池引出线连接到DC型数字式电位差计的待测接线柱上(注意正负极的连接),测定其电动势,每5分钟测1次,直至电位差计读书稳定为止。
○5然后调节恒温槽,令恒温升温5℃,重复上述操作,然后再升温并进行测定。
○6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。
【实验记录及数据处理】
A
/A
?
?
0.799?
0.00097(?
25)?
0.799?
0.00097(26.4?
25)?
0.7942
?
?
A/AA?
/A
?
?
1
aA
?
0.7893?
?
8.314*299.551
?
0.6920
965000.02
?
饱和甘汞?
0.2415-0.00065(26.4?
25)?
0.238
理论A/A?
-?
饱和甘汞?
0.4540
-图
篇二:
大学物理化学实验报告-原电池电动势的测定
物理化学实验报告
院系化学化工学院班级学号姓名
实验名称:
原电池电动势的测定日期同组者姓名史黄亮室温16.84℃气压101.7a成绩
一、目的和要求
1.学会一些电极的制备和处理方法;
2.掌握对消法测定电池电动势及电极电势的原理和方法;3.熟悉数字式电子电位差计的工作原理和正确的使用方法。
二、基本原理
测定电池电动势必须要求电池反应本身是可逆的,即电池必须在可逆的情况下工作,此时只允许有无限小的电流通过电池。
因此根据对消法原理(在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池)设计了一种电位差计,以满足测量工作的需要。
温度下的电极电势ψ=ψθ-(/2)*(1/a);
-a=±*(±参见附录表-5-30)
ψθ=ψ298θ+α(-298)+0.5β(-298)^2-α,β为电池电极的温度系数:
铜电极(C2+/C),α=-0.000016/,β=0
锌电极[2+/()],α=0.0001/,β=0.62*10-6/
三、仪器、试剂
DC-Ⅱ数字电位差综合测试仪、56电镀仪毫安表、饱和甘汞电极、型玻璃管等;
0.1000/C4溶液、0.0100/C4溶液、0.1000/4溶液、
2C2溶液、饱和C溶液、琼脂、氯化钾(A..)、铜片、锌片等。
四、实验步骤
㈠、电极制备
Ⅰ.铜电极
①取2片铜片,用沙皮纸将其表面打磨干净,再放入稀硝酸溶液中处理
片刻,用蒸馏水冲洗干净;
②将处理后的铜片放入电镀液(0.1000/C4溶液)中,与电源的负
极相连,电源的正极与另一片铜片相连,回路中连有一只毫安表,调节电镀装置使毫安表的读数为40左右,电镀约1;Ⅱ.锌电极
①取一片锌片,用沙皮纸将其表面的氧化物打磨去除,放入稀硫酸溶液
中片刻,使其表面氧化物进一步反应完全;
②用蒸馏水冲洗锌片后,将其放入2C2溶液约6秒钟,使其表面汞齐
化;
③取出后再用蒸馏水淋洗,用纸吸干表面的水,放入0.1000/4
溶液中备用;
㈡、制盐桥
①在100烧杯中加入适量蒸馏水,用电磁炉煮沸;②称取12琼脂和20纯C,加入沸水中
③待固体完全溶解至溶液成浆糊状时,用胶头滴管将液体注入型玻璃
管中,注满且没有气泡;④冷却后即为盐桥;
㈢、测定各组电池的电动势
a.(-)|4(0.1000/)‖C(饱和)|2C2|(+)b.(-)|4(0.1000/)‖C(饱和)|AC|A(+)c.(-)|2C2|C(饱和)‖C4(0.1000/)|C(+)d.(-)A|AC|C(饱和)‖C4(0.1000/)|C(+).(-)|4(0.1000/)‖C4(0.1000/)|C(+).(-)C|C4(0.0100/)‖C4(0.1000/)|C(+)
①打开数字式电位差计的电源,打到内标档,各旋钮打至0处,按下归
零按钮;
②切换到测量档,将以上电池的正负极对应数字式电位差计的正负极连
接好;
③调整各旋钮,使右侧显示值为零(有时需要等待片刻至数值稳定),此时
左侧显示的数值即被测电池的电动势;④依次测定6组电池的电动势并记录下数据。
五、原始数据
六、数据处理
在实验温度下,饱和甘汞电极的电极电势为:
?
C=0.2415-7.61*10-4*(-298)
=0.2415-7.61*10-4*(16.84+273-298)=0.24771
(1)
-1
?
(2+(0.10·)|)=?
C-
(1)
=(0.24771-1.06154)=-0.81383
-1?
(C2+(0.10·)|C)=
(2)+?
C
=(0.03769+0.24771)=0.28540
-1?
(C2+(0.010·)|C)=?
(C2+(0.10·-1)|C)-(4)
=(0.28540-0.02265)=0.26275
在实验温度下,各电极的标准电极电势为:
-1?
(2+(0.10·)|)=?
θ
(
2+-1
(0.10·)|)-/2*㏑
1/α(2+)则可得:
?
θ
2+-12+-1((0.10·)|)=?
((0.10·)|)+/2*㏑1/α(2+)
=-0.81383+8.314*289.84/(2*96500)*㏑1/0.1=-0.78508
-1?
(C2+(0.10·)|C)=?
θ
2+-1
(C(0.10·)|C)-/2*㏑
1/α(C2+)则可得:
1/α(C2+)
?
θ
2+-12+-1
(C(0.10·)|C)=?
(C(0.10·)|C)+/2*㏑
=0.28540+8.314*289.84/(2*96500)*㏑1/0.1=0.31415
对于电池4,它是浓差电池,所以两电极的标准电极电势相同?
θ
2+-1(C(0.10·)|C)=0.31415
在298下,各电极的标准电极电势为:
由?
θ?
θ
2+-1
((0.10·)|)=?
θ298+α
(-298)+1/2β(-298)^2可得:
(-298)-1/2β(-298)^2
2+-12+-1298((0.10·)|)=?
θ((0.10·)|)-α
=-0.78508-0.0001*(289.84-298)-0.5*0.62*10^(-6)*(289.84-298)^2=-0.7843
?
θ
2+-12+-1298(C(0.10·)|C)=?
θ(C(0.10·)|C)-α
(-298)-1/2β(-298)^2
=0.31415-(-0.000016)*(289.84-298)-0.5*0.62*10^(-6)*(289.84-298)^2=0.31428
对锌-铜电池:
理论电动势:
-12+-1理=?
(C2+(0.10·)|C)-?
((0.10·)|)
=0.28540-(-0.81383)=1.09923
实验值实=1.09402即理>实
七、思考题
1、为什么不能用伏特计测量电池的电动势?
答:
因为当把伏特计与电池接通后,必须有适量的电流通过才能使伏特计显示,这样电池中就发生化学反应,溶液的浓度就会不断改变。
同时,电池本身也有内阻,因而伏特计不可能有稳定的数值。
所以测量可逆电池的电动势必须在几
篇三:
物化实验-电动势的测定
实验13电动势的测定
实验日期:
-4-13提交报告日期:
-4-15
1引言
1.1实验目
1.1.1掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。
1.1.2了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。
+2+1.1.3测定A/A、/电极电势和A浓差电池电动势。
1.2实验原理
1、对消法测电动势的原理
电池电动势不能直接用伏特计来测量,因为电池与伏特计连接后有电流通过,就会在电极上发生电极极化,结果使电极偏离平衡状态。
另外,电池本身有内阻,所以伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。
测量电池电动势只能在无电流通过电池的情况下进行,因此需用对消法(又叫补偿法)来测定电动势。
对消法的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。
对消法测电动势常用的仪器为电位差计,其简单原理如图1所示。
电位差计由三个回路组成:
工作电流回路、标准回路和测量回路。
1)工作电流回路
AB为均匀滑线电阻,通过可变电阻与工
作电源构成回路。
其作用是调节可变电阻,
使流过回路的电流为某一定值,这样AB上有一
定的电位降产生。
工作电源可用蓄电池或稳压
电源,其输出电压必须大于待测电池的电动势。
2)标准回路
为电动势精确已知的标准电池,C是可在
AB上移动的接触点,是双向开关,C间有一
灵敏度很高的检流计。
3)测量回路
当双向开关换向一方时,用AC2回
路根据校正好的AB上的电位降来测量未知电池
的电动势。
在保持校准后的工作电流不变(即固
定)的条件下,在AB上迅速移动到C2点,使
中无电流通过,此时的电动势与AC2间的电位降等值反向而对消,于是C2
点所标记的电位降数值即为的电动势。
2、电极电势的测量原理
电池是由两个电极(半电池)组成的。
电池电动势是两电极电势的代数和。
当电极电势均以还原电势表示时,图1对消法测电动势原理图
又有
=?
()通过这两个式子即可进行电极电势的计算。
在电化学中,电极电势的绝对值至今还无法测定,而是以某一电极的电极电势作为零,
然后将其他的电极与它组成电池,规定该电池的电动势为该被测电极的电极电势。
通常将标准氢电极(即氢气为101325a下的理想气体、溶液中氢离子获度为1)的电极电势规定为零。
由于氢电极制备及使用不方便等缺点,一般常用另外一些制备工艺简单、易于复制、电势稳定的电极作为参比电极来代替氢电极。
常用的有甘汞电极和氯化银电极等,这些电极与标准氢电极比较而得到的电势已精确测定。
本实验要求制备锌电极、银电极,然后用饱和甘汞电极作参比电极,测量这两个电极
的电极电势、测量银浓差电池的电动势。
2实验操作
2.1实验仪器
精密电位差计(包括直流稳压电源、分流器、补偿电位计;标准电池、检流计各1台);半电池管3个;饱和甘汞电极1只、锌电极1只;银电极2只;15小烧杯5个。
0.1000/4、0.1000/A3、0.1000/C、饱和C盐桥、饱和3盐桥、饱和硝酸亚汞溶液。
2.3实验操作步骤及方法要点
2.3.1电极制备
1)锌电极
用抛光砂纸将锌电极表面打磨光滑,然后用自
来水冲洗,用滤纸擦干,再浸入饱和硝酸亚汞溶
液中3-5秒,取出后用滤纸擦拭锌电极,使锌电
极表面有一层均匀的汞齐,再用蒸馏水洗净(注
意:
汞盐有毒,用过的滤纸应投入指定的容器中,
容器中应有水淹没滤纸,切勿随便乱丢)。
2)银电极
将两根银电极用抛光砂纸轻轻擦亮,再用蒸馏
水洗净擦干。
把处理好的两根A电极浸入A3
溶液中,测量其间的电动势值。
两根电极间的电
位差小于0.005伏方可在浓差电池中使用,否则,
需重新处理电极或重新挑选电极。
2.3.2|4半电池的制作和测定
1)|4(0.1000/)半电池的制作
安装半电池。
用洗耳球从支管D处将(0.1000/)4溶液慢慢吸入半电池管少许,洗涤两次后,吸入适量溶液,立即把D处夹紧。
然后取出半电池,检查管内有无气泡以及溶液是否从管内流出。
2)电动势的测定
①参看电位计的使用说明书,弄懂电位差计的使用方法,并接好测量线路。
②选择合适的盐桥,然后测量下列电池的电动势:
|4(0.1000/)||饱和甘汞电极。
2.3.3A|A3半电池的制作和测定
+1)A|A(0.1000/)半电池的制作
制作方法同|4(0.1000/)半电池的制作。
2)同理,选择合适的盐桥,然后测量下列电池的电动势:
+饱和甘汞电极||A(0.1000/)|A
+2.3.4A|A(b)C(0.1000/)半电池的制作和浓差电池的测定
+1)A|A(b)C(0.1000/)半电池的制作
在一干净的小烧杯中加入0.1000/C溶液,再加入一滴0.1000/A3溶
液,搅拌均匀,呈白色混沌溶液。
将此溶液吸入插有银电极的半电池管内,将D处夹紧,检查有无漏气。
2)同理,选择合适的盐桥,然后测量下列电池的电动势:
+A|A(b)C(0.1000/)与A|A3(0.1000/)
2.3.5电动势与温度关系的测定
调节恒温槽的温度为20℃,温度恒定10后,测定|4(0.1000/)||饱和
甘汞电极的电动势。
升温5℃左右,测定20℃-50℃下的电动势。
3结果与讨论
3.1实验记录3.1.1实验条件
室温:
17.7℃湿度:
49%大气压:
100.21a
3.1.2电动势的测量
|4半电池1050.5
A|A3半电池489.8
+A|A(b)C(0.1000/)||A|A3(0.1000/)浓差电池447.9
电动势与温度关系
3.2数据处理
3.2.1计算室温下饱和甘汞电极的电极电势。
根据公式=0.2412?
6.61×10?
4×(/℃?
25)
饱和甘汞电极的电极电势:
=0.2412?
6.61×10?
4×(17.7?
25)=0.2460
3.2.2根据所测电动势的实验值分别计算|和A|A的电极电势(实验值)。
2++
1(2?
/)
则2+|=?
1=0.2460?
1.0505=?
0.8045
2(A?
/A)
则2+|=+2=0.2460+0.4898=0.7358
3.2.3从附表中查出25℃下锌电极和银电极及其温度系数以及活度系数,由此计算室温下锌、银的电极电势,并与实验值进行比较,求出相对误差。
d1?
(/)(/)?
?
d2b(2?
)22?
=?
0.7628+9.1×10?
5×17.7?
25?
相对误差为
?
8.31×290.72×96485×0.1000×0.734=0.766310.8160?
0.80450.8160×100%=1.41%d1?
(A/A)(A/A)?
?
?
db(A)
=0.7991+1.0×10?
5×17.7?
25?
相对误差为0.7663?
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