铜锌原电池实验报告.docx
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铜锌原电池实验报告
铜锌原电池实验报告
篇一:
电动势的测定实验报告
指导老师:
_杨余芳_学号:
XX14140124
基础物理化学实验报告实验名称:
电动势的测定
2实验人姓名:
李楚芳同组人姓名:
兰婷,罗媛
实验日期:
湘南学院化学与生命科学系
电动势的测定实验报告
一·目的要求
(1)·通过实验加深对可逆电池·可逆电极和盐桥等概念的理解。
(2)·了解ZD-WC电子电位差计和UJ-25型电位差计的测量原理和使用方法。
(3)·测量铜-锌原电池的电动势,计算反应的热力学函数。
二.实验原理
原电池是由正负电极和一定的电解质溶液所组成。
电池的电动势等于两个电极电位的差值(液接电位用盐桥已消除),即E=E+-E_,E+是正极的电极电极,E_是负极的电极电位。
电极电势的大小与电极的性质和溶液中有关离子的活度有关,本次试验采用铜锌电池,采用此电极来测量铜锌这两个电极的电极电势。
根据化学热力学可知,在恒温恒压和可逆条件下,电池反应的吉布斯自由能变化与电池的电动势存在△G=-nFE的关系。
若要通过E来求取△G,则电池本身必须是可逆的。
在本次试验中由于精确度要求不高,如果出现了液接电势,经常用盐桥来消除。
本实验用饱和KCl溶液来做盐桥。
电池反应中,摩尔吉布斯函数[变],摩尔熵[变],反应热分别都涉及到电动势及其温度系数。
所以只要测出这两个条件就可以测出热力学函数。
对消法实验原理图
三.仪器与药品
1.仪器:
UJ—25型高电势电位差计1台,光电检流计一台,电极管3个,表面皿一个,50mL烧杯3个,250mL烧杯1个,400mL烧杯1个,饱和甘汞电极一个,废液缸一个,标准电池一个,砂纸数张。
ZnSO4(0.1000mol/L),CuSO4(0.1000mol/L),饱和KCl溶液,饱和甘汞电池
2.药品:
ZnSO4(0.1000mol/L),CuSO4(0.1000mol/L),饱和KCl溶液,饱和Hg2(NO3)2溶液,镀铜溶液,稀硫酸溶液,6mol/L硝酸溶液。
四,实验步骤
1.电极的制备
1).锌电极稀硫酸(洗)→蒸馏水冲洗→HgNO3(洗)→蒸馏水清洗,纸擦拭(多进行几次)。
再用少许0.1000mol/LZnSO4溶液清洗两遍后最后插入盛有0.1000mol/LZnSO4溶液的小烧杯内待用,没有汞齐化的目的是消除金属表面机械表面机械应力不同的影响,获得重现性较好的电极电势。
2).铜电极稀硝酸(洗)→蒸馏水多冲洗几次。
再有少许0.1000mol/LCuSO4的溶液冲洗2次,然后插入盛有0.1000mol/LCuSO4溶液的小烧杯中待用。
2.测量电池的电动势:
接好电动势的测量电路
室温下标准电池的电动势值:
E=1.01865-4.06*10-5(t-20)-9.5*10-7(t-20)2=(式中的t为摄氏温度)。
按计算得的标准电池电动势值标定电位差计的工作电流。
测量下列各电池电动势:
Zn|ZnSO4(0.1mol/l)||CuSO4(0.1mol/l)|Cu
Cu|CuSO4(0.01mol/l)||(原文来自:
wWw.xiaOcAofANweN.coM小草范文网:
铜锌原电池实验报告)CuSO4(0.1mol/l)|Cu
Zn|ZnSO4(0.1mol/l)||KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg
实验数据记录:
五.实验结果与数据处理
1).原始实验数据
2).1.室温下饱和甘汞电极电极电势:
E=0.2415-7.6*10-4(T-298)=0.2415-7.6*0.0004*(293.15-298)
=0.256244V
2.计算下列电池电动势的理论值:
Zn|CuSO4(0.1mol/l)||CuSO4(0.1mol/l)|Cu
E=ECu☉-EZn☉-(RT/2F)ln(ɑZn2+/ɑCu2+)=0.3419V+0.7618V-(8.314*293.95/2*96500*㏑0.148/0.164)V=1.10240366V
理论值与测量值的比较:
Cu-Zn电池|(1.10238221-1.10380)|/1.10238221*100%=0.12%
3.根据下列电池电动势的实验值分别计算锌和铜的电极电势以及它们的标准电极电势,并进行比较。
Zn|ZnSO4(0.1mol/l)||KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg
Hg|KCl(饱和),Hg2Cl2||CuSO4(0.1mol/l)|Cu
根据公式E1=E(Hg)-E(Zn),所以E(Zn)=E(Hg)-E1=(0.256244-1.03356)V=-0.77316VE2=E(Cu)-E(Hg),所以E(Cu)=E(Hg)+E2=0.384434V
EZn=E0(Zn|Zn2+)–RT/2Fln(ɑZn/ɑZn2+)
求得EZn=-0.77316V
2?
2?
a?
?
?
CZn?
Zn已知=0.148*0.1000=0.0148
代入可得E0(Zn|Zn2+)=-0.7199556V
同理可得E0(Cu|Cu2+)=0.43634201V
六.误差分析:
1.在实验操作过程中,检流计光标很难指向零点,说明测量回路有电流通过,所以E(测)≠E(理)。
导致实验数据不正确,以致实验结果不稳定。
2.在清洗电极过程中,可能没有清洗完全,导致电池本身就不是很准确,也会影响实验结果。
七.结论
实验结果算出来相对误差较小,总的来说是比较成功的。
通过本次实验加深理解可逆电池的电动势可逆电极电势的概念。
掌握了ZD-WC电子电位差计UJ-25型电位差计的测量原理和使用方法。
篇二:
原电池电动势的测定实验报告
实验九原电池电动势的测定及应用
一、实验目的
1.测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势。
2.学会几种电极的制备和处理方法。
3.掌握数字电位差计的测量原理和正确的使用方法。
二、实验原理
电池由正、负两极组成。
电池在放电过程中,正极起还原反应,负极起氧化反应,电池内部还可以发生其它反应,电池反应是电池中所有反应的总和。
电池除可用来提供电能外,还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质。
从化学热力学知道,在恒温、恒压、可逆条件下,电池反应有以下关系:
?
G?
?
nFE(9-1)
式中?
G是电池反应的吉布斯自由能增量;n为电极反应中得失电子的数目;F为法拉第常数(其数值为96500C?
mol?
1);E为电池的电动势。
所以测出该电池的电动势E后,进而又可求出其它热力学函数。
但必须注意,测定电池电动势时,首先要求电池反应本身是可逆的,可逆电池应满足如下条件:
(1)电池反应可逆,亦即电池电极反应可逆;
(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界;
(3)电池必须在可逆的情况下工作,即充放电过程必须在平衡态下进行,亦即允许通过电池的电流为无限小。
因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件,在精确度不高的测量中,常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。
在进行电池电动势测量时,为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行,采用电位计测量。
原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和,如能测定出两个电极的电势,就可计算得到由它们组成的电池的电动势。
由(9-1)式可推导出电池的电动势以及电极电势的表达式。
下面以铜-锌电池为例进行分析。
电池表示式为:
Zn(s)?
ZnSO4(m1)?
?
CuSO4(m2)?
Cu(s)
符号“|”代表固相(Zn或Cu)和液相(ZnSO4或CuSO4)两相界面;“‖”代表连通两个液相的“盐桥”;m1和m2分别为ZnSO4和CuSO4的质量摩尔浓度。
当电池放电时,
负极起氧化反应:
Zn(s)?
Zn2?
(aZn2?
)?
2e?
?
?
正极起还原反应:
Cu2?
(aCu2?
)?
2e?
?
Cu(s)
电池总反应为:
Zn(s)?
Cu2?
(aCu2?
)?
Zn2?
(aZn2?
)?
Cu(s)
电池反应的吉布斯自由能变化值为:
a2?
aCu
?
G?
?
G?
?
RTlnZn(9-2)
aCu2?
aZn
上述式中?
G?
为标准态时自由能的变化值;a为物质的活度,纯固体物质的活度等于1,即aCu?
aZn?
1。
而在标态时,aCu2?
?
aZn2?
?
1,则有:
?
G?
?
G?
?
?
nFE?
(9-3)
式中E?
为电池的标准电动势。
由(9-1)至(9-1)式可得:
RTaZn2?
E?
E?
?
ln(9-4)
nFaCu2?
对于任一电池,其电动势等于两个电极电势之差值,其计算式为:
E?
?
?
?
?
?
(9-5)
RT1RT1?
?
?
ln?
?
?
?
ln对铜-锌电池而言?
?
?
?
Cu2?
?
CuZn2?
Zn
2FaCu2?
2FaZn2?
?
?
式中?
Cu和?
Zn是当aCu2?
?
aZn2?
?
1时,铜电极和锌电极的标准电极电势。
2?
2?
,Cu,Zn
对于单个离子,其活度是无法测定的,但强电解质的活度与物质的平均质量摩尔浓度和
平均活度系数之间有以下关系:
aZn2?
?
?
?
m1aCu2?
?
?
?
m2
?
?
是离子的平均离子活度系数,其数值大小与物质浓度、离子的种类、实验温度等因
数有关。
在电化学中,电极电势的绝对值至今无法测定,在实际测量中是以某一电极的电极电势作为零标准,然后将其它的电极(被研究电极)与它组成电池,测量其间的电动势,则该电动势即为该被测电极的电极电势。
被测电极在电池中的正、负极性,可由它与零标准电极两者的还原电势比较而确定。
通常将氢电极在氢气压力为101325Pa,溶液中氢离子活度为1
?
?
0,称为标准氢电极,然后与其它被测电极进行比较。
时的电极电势规定为零伏,即?
H?
,H
2
由于氢电极使用不便,常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极,常用的参比电极有甘汞电极。
以上所讨论的电池是在电池总反应中发生了化学变化,因而被称为化学电池。
还有一类电池叫做浓差电池,这种电池在净作用过程中,仅仅是一种物质从高浓度(或高压力)状态向低浓度(或低压力)状态转移,从而产生电动势,而这种电池的标准电动势E?
等于零伏。
例如电池Cu(s)?
Cu(0.01000mol?
dm?
3)?
?
Cu(0.1000mol?
dm?
3)?
Cu(s)就是浓差电池的一种。
电池电动势的测量工作必须在电池可逆条件下进行,必须指出,电极电势的大小,不仅
与电极种类、溶液浓度有关,而且与温度有关。
本实验是在实验温度下测得的电极电势?
T,
?
由(9-6)式和(9-7)式可计算?
T。
为了比较方便起见,可采用下式求出298K时的标准电
?
极电势?
298K。
1
2
式中?
、?
为电极电势的温度系数。
对于Cu-Zn电池来说:
?
?
?
T?
?
298?
(T?
298K)2K?
?
(T?
298K)?
铜电极(Cu2?
Cu),?
?
?
0.016?
10?
3V?
K?
1,?
?
0
锌电极[Zn2?
Zn(Hg)],?
?
0.100?
10?
3V?
K?
1,?
?
0.62?
10?
6V?
K?
2
三、仪器和试剂
SDC-Ⅲ电位差计1台;电镀装置1套;标准电池1个;饱和甘汞电极1支;电极管2支;电极架2个;
镀铜溶液;
饱和硝酸亚汞(控制使用);硫酸锌(分析纯);铜、锌电极;硫酸铜(分析纯);氯化钾(分析纯)。
四、实验步骤
1.电极的制备
(1)锌电极:
将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻,取出洗净,再浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约10s,表面上即生成一层光亮的汞齐,用水冲洗晾干后,插入0.1000mol?
kg?
1ZnSO4中待用。
(2)铜电极:
将铜电极在6mol?
dm?
3的硝酸溶液中浸泡片刻,取出洗净,将铜电极置于电镀烧杯中作为阴极,另取一个经清洁处理的铜棒作阳极,进行电镀,电流密度控制在20mA?
cm?
2为宜。
其电镀装置如图9-1所示。
电镀半小时,使铜电极表面有一层均匀的新鲜铜,洗净后放入0.1000mol?
kg?
1CuSO4中备用。
2.电池组合
将饱和KCl溶液注入50mL的小烧杯内,制盐桥,再将上面制备的锌电极和铜电极
Zn电极
图9-1制备铜电极的电镀装置盐桥
图9-2Cu-Zn电池装置示意图铜电极
置于小烧杯内,即成Cu-Zn电池:
Zn(s)?
ZnSO4(0.1000mol?
kg?
1)?
?
CuSO4(0.1000mol?
kg?
1)?
Cu(s)
电池装置如图9-2所示。
同法组成下列电池:
Cu(s)?
CuSO4(0.01000mol?
kg?
1)?
?
CuSO4(0.1000mol?
kg?
1)?
Cu(s)Zn(s)?
ZnSO4(0.1000mol?
kg?
1)?
?
KCl(饱和)?
Hg2Cl2(s)?
Hg(l)Hg(l)?
Hg2Cl2(s)?
KCl(饱和)?
?
CuSO4(0.1000mol?
kg?
1)?
Cu(s)
3.电动势的测定
(1)按照电位差计电路图,接好电动势测量线路。
(2)根据标准电池的温度系数,计算实验温度下的标准电池电动势。
以此对电位差计进行标定。
Et/V?
E20/V?
[40.6(t/?
C?
20)?
0.95(t/?
C?
20)2?
0.01(t/?
C?
20)3]?
10?
6
(3)分别测定以上电池的电动势。
五、数据记录及处理
1.将试验数据列表。
标准溶液NaoH浓度为0.102mol/L
2.计算各瓶中醋酸的起始浓度c0,平衡浓度c及吸附量?
(mol?
kg-1)。
计算结果如上表。
由计算吸附量。
3.吸附量对平衡浓度作等温线。
4.作c/?
-c图,并求出
和常数K。
由直线斜率得:
篇三:
原电池化学实验报告2
总实验目的:
研究原电池中各种因素对电池产生的电压、电流大小的影响总实验用品:
碳棒、铜棒、万用表(自备)、烧杯、导线(带夹子)稀硫酸2mol/L、5mol/L、10mol/L(递增即可,或者现配,则需配溶
液用具),钠块、镁片(一卷,放心,用不完)、铜片、铝片、锌片、铁片
实验一
实验目的:
探究负极金属活泼性对电压、电流的影响。
实验器材:
碳棒、万用表(自备)、烧杯、导线(带夹子)实验药品:
稀硫酸2mol/L,钠块、镁片、铝片、锌片、铁片实验二
实验目的:
探究正极活泼性对电压、电流的影响
实验器材:
碳棒、万用表(自备)、烧杯、导线(带夹子)实验药品:
稀硫酸2mol/L,碳棒、镁片、铜片、铜棒、铁片、锌片实验三
实验目的:
探究负极金属表面积大小对电压、电流的影响实验器材:
碳棒、万用表(自备)、烧杯、导线(带夹子)实验药品:
稀硫酸2mol/L,镁片(多个)实验四(合在实验一中)实验目的:
研究钠作负极的原电池
实验用品:
碳棒、导线(带夹子)、稀硫酸2mol/L、钠块、锡纸(被乌鸡白凤丸的药丸壳所替代)、万用表(自备)、烧杯
附加实验以苹果为电解液的原电池
实验总结:
1、当负极一样时,正极是铜要比正极是碳产生的电压和电流要大。
2、当正极一定时,负极越活泼,产生的电压和电流整体上呈增大
趋势。
(不排除例外)
3、正负极都一定时,负极表面积越大,产生的电压和电流在整体
上是呈增大趋势的。
(怀疑最后一组全加起来有问题)4、当两极都是氢前金属时,较活泼的一极是负极。
电压稳定,电
流从大到小突变较大,最终保持在较小数值。
5、当两极都是氢后金属时,上述现象更加明显。
突变时较大,之
后电压电流都很低。
6、苹果也能形成原电池。
之前的结论依然成立。
可怜的苹果……小组成员:
崇煜明张捷然韩涧镇朱千袤傅小勇赵英灼李城鋆李越
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