原电池电动势和电极电势的测量
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Northwest University
化学国家级实验教学示范中心
基础化学实验Ⅲ （物理化学实验）
原电池电动势和 电极电势的测量
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知识点及实验技能训练要点
知识点：
原电池电动势、电极电势、能斯特方程。
实验技能训练要点：
检流计、标准电池、稳压电源、电位差计的使 用；原电池电动势的测定（均为首次训练）
计算其相对误差。
T
5. 计算电池(1)的
E （理论），并进一步计算 T
E（理论） T
计算其相对误差。
公式中注意使 用活度
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（二）. 讨论
1. 工作电源要有足够的容量，才能保证工作电流恒定。 2. 如果检流计本身是好的，按键后检流计光点不动，则说明线
负极反应：Zn-2e- Zn2（ Zn2）
正极反应：Cu2（ Cu2）+ 2e- Cu
电池反应：Zn+Cu2（+ Cu2+）Cu+Zn2（ Zn2）
该电池的电动势：E Cu2 ,Cu Zn2 ,Zn
Cu2 ,Cu
Cu2 ,Cu
RT 1 ln
ZF Cu2
Zn2 ,Zn
Zn2 ,Zn
RT 1 ln
b) (-)Cu | CuSO4 (0.01 mol/kg)‖CuSO4 (0.10 mol/kg) | Cu(+) E =
c) (-)Zn | ZnSO4 (0.10 mol/kg) ‖饱和甘汞电极(+)
E=
d) (-)饱和甘汞电极‖CuSO4(0.10 mol/kg) | Cu (+)
E=
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ZnSO4和CuSO4溶液，以饱和KCl盐桥联通两烧杯。分别插入打磨干净的Zn、
Cu电极，电极导线与电位差计面板上未知电池1或未知电池2相接。
（3）同理测量其他未知电池电动势
（2）将电位差计面板 上的转换开关（N、 X1、X2）置于 “X1”或“X2”位 置，依次从大到小 调节面板中部的六 个旋钮，直至检流 计不再偏转为止。 读出数字，即为 Cu-Zn电池的电动
的锌片和铜片为电极，使用前要打磨、冲洗、烘干。 • 5. 饱和甘汞电极使用时要将电极帽取下，用毕后用饱和氯化钾
溶液浸泡。
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五、实验总结
(一).数据处理
1. 写出实验时的室温t及该温度下标准电池的电动势值Et； 2. 列出各电池电动势的测量值： a) (-)Zn | ZnSO4(0.10 mol/kg)‖CuSO4 (0.10 mol/kg) | Cu (+) E =
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（三）电极电势、电池电动势
每个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，即
E
E是原电池的电动势
RT ln 还原 zF 氧化
_
_
RT ln 还原 zF 氧化
和 分别代表正、负极的电极电势。
测得电动势E，则可以确定 Cu2 ,Cu
进而可求出 Cu2 ,Cu
同理可以确定 Zn2 ,Zn 和
Zn2 ,Zn
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仪器装置
标准电池 待测电池
工作电源
检流计
电位差计
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2、通过电动势法研究季铵盐Gemini表面活性剂与牛血清白 蛋白( BSA ) 之间的相互作用, 得到它们结合过程的结合等温 线和对应的Scatchard曲线, 并通过结合能力的概念得到了结 合过程的结合位点数、Hill系数及Hill结合常数[2] 。
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参考文献
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（二）电位差计
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电位差计是利用补偿法在电池 无电流（或极小电流）通过时 测得两电极的电位差
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工作原理图
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E为工作电源 电压 En为标准电池 电动势 Ex为未知电池 电动势
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六、实验延伸
1、原电池电动势的测量，是测定一系列物理化学常数所最 常用的方法之一。在科研工作中具有重要的意义。例如， 平衡常数、活度系数、解离常数、溶解度、配合常数、溶 液中离子的话度以及某些热力学函数的改变量等，均可通 过电池电动势的测定来求得[1]。
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4. 在测量电池电动势时，尽管我们采用的是对消法，但 在对消点前，测量回路将有电流通过，所以在测量过程 中不能一直按下电键按钮，否则回路中将一直有电流通 过，电极就会产生极化，溶液的浓度也会发生变化，测 得的就不是可逆电池电动势，所以应按一下调一下，直 至平衡。在调节过程中，按下电键的次数应尽量少。为 了又快又准地测量，应事先计算理论值，在理论值附近 调节。
路中必有断路。 3. 如果检流计本身是好的，光点总是朝一个方向偏转，则表明
达不到补偿，这可能是由以下原因造成： ① 被测电势高于电位差计的限量； ② 工作电源没有输出，或输出电动势过高或过低； ③ 工作电流回路中有断路； ④ 工作电源、标准电池或待测电池的极性接反。
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四、注意事项
• 1. 标准电池属精密仪器，不可横放、倒置或摇动。 • 2. 用电位差计进行测量前最好先估算电动势的大小。 • 3. 按电计按钮的时间要短（< 1s），不能一直按下按钮；调节
旋钮时，电计按钮要松开。 • 4. 为了避免使用汞齐电极时汞的污染，本实验直接使用高纯度
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一、实验目的 二、实验原理 三、实验步骤 四、注意事项 五、实验总结 六、实验延伸 七、思考题
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一、实验目的
1. 学会几种电极和盐桥的制备方法； 2. 掌握对消法测量可逆电池电动势的原理； 3. 掌握UJ-25型电位差计的使用方法； 4. 学会电池的电动势的测定； 5. 计算Cu、Zn电极的电极电势。
三、实验步骤
连接时 应注意 极性
1. 将标准电 池、工作电 池、检流计 与电位差计 面板相应位 置相连。
2. 调节工 作电池电 压约为2 V。
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3. 计算标准电池的电动势，并调节电位差计面板上的温度补偿旋钮。
标准电池电动势：
Et /V 1.018646 [40.6(t /℃ 20) 0.95(t / 20)2 0.01(t / 20)3]106 4. 调节工作电流： 将（N、X1、X2） 转换开关置于“N”
依次旋动粗”、 “中”、“细”、 “微”，直至检 流计不再偏转为 止。 若检流计总朝一 个方向偏转，应 如何排查？
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5. 测未知电池电动势
“盐桥”的作用是什
么？
（1）组装Cu-Zn电池: 在两个干净的小烧杯内分别加入30 mL 0.10 mol/kg
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3. 根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验 温度时饱和甘汞电极的电极电势；
4. 电池(3)、(4)的电动势测量值结合饱和甘汞电极的电极电势：
(a)
分别计算铜、锌电极的
T
；
(b) 分别计算铜、锌电极的 。 T
公式中注意使 用活度
(c) 由电极电势温度校正公式分别计算铜、锌电极 （理论）
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二、实验原理
（一）可逆电池
凡把化学能转变为电能的装置称为原电池（或电池）。 电池由两个电极和连通两个电极的电解质溶液组成。 对定温定压下的可逆电池而言:
(rGm )T , p nFE
E可借助于电 位差计测定
式中，F为法拉弟 （Farady）常数；n 为电极反应式中电子 的得失数；E为电池 的电动势。
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七 、思考题
1. 写出标准电池的电极反应和电池反应。并结合相图分 析为什么该电池可用作标准电池？
2. 选择“盐桥”液应注意什么问题? 3. 分析可否直接用伏特计来测定电池电动势？
ZF Zn2
铜电极的标准电极电势
锌电极的标准电极电势
（Cu2+） m2
（Zn2+） m1
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选择一个电极电势已知的电极，如饱和甘汞电极，让它 与Cu电极组成电池，该电池的电动势为：
E Cu2 ,Cu （饱和甘汞）
由饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式求得 （饱和甘汞）
R＝8.134 J·mol-1·K-1； F＝96500 C·mol-1； T是绝对温度；z 是反应中得失电子的数量，α为参与电极反应的物质的活度。
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以Cu-Zn电池为例，其电池表达式为：
Zn ZnSO4(m1) CuSO4 (m2) Cu
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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，2004：68-73页
2. 宁爱民, 党玉丽, 赵士举, 等. 电动势法研究蛋白质与季铵 盐Gemini表面活性剂的相互作用. 应用化学，2011, 28 （7）：826-830
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基础化学实验Ⅲ （物理化学实验）
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知识点及实验技能训练要点
知识点：
原电池电动势、电极电势、能斯特方程。
实验技能训练要点：
检流计、标准电池、稳压电源、电位差计的使 用；原电池电动势的测定（均为首次训练）
计算其相对误差。
T
5. 计算电池(1)的
E （理论），并进一步计算 T
E（理论） T
计算其相对误差。
公式中注意使 用活度
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（二）. 讨论
1. 工作电源要有足够的容量，才能保证工作电流恒定。 2. 如果检流计本身是好的，按键后检流计光点不动，则说明线
负极反应：Zn-2e- Zn2（ Zn2）
正极反应：Cu2（ Cu2）+ 2e- Cu
电池反应：Zn+Cu2（+ Cu2+）Cu+Zn2（ Zn2）
该电池的电动势：E Cu2 ,Cu Zn2 ,Zn
Cu2 ,Cu
Cu2 ,Cu
RT 1 ln
ZF Cu2
Zn2 ,Zn
Zn2 ,Zn
RT 1 ln
b) (-)Cu | CuSO4 (0.01 mol/kg)‖CuSO4 (0.10 mol/kg) | Cu(+) E =
c) (-)Zn | ZnSO4 (0.10 mol/kg) ‖饱和甘汞电极(+)
E=
d) (-)饱和甘汞电极‖CuSO4(0.10 mol/kg) | Cu (+)
E=
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ZnSO4和CuSO4溶液，以饱和KCl盐桥联通两烧杯。分别插入打磨干净的Zn、
Cu电极，电极导线与电位差计面板上未知电池1或未知电池2相接。
（3）同理测量其他未知电池电动势
（2）将电位差计面板 上的转换开关（N、 X1、X2）置于 “X1”或“X2”位 置，依次从大到小 调节面板中部的六 个旋钮，直至检流 计不再偏转为止。 读出数字，即为 Cu-Zn电池的电动
的锌片和铜片为电极，使用前要打磨、冲洗、烘干。 • 5. 饱和甘汞电极使用时要将电极帽取下，用毕后用饱和氯化钾
溶液浸泡。
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五、实验总结
(一).数据处理
1. 写出实验时的室温t及该温度下标准电池的电动势值Et； 2. 列出各电池电动势的测量值： a) (-)Zn | ZnSO4(0.10 mol/kg)‖CuSO4 (0.10 mol/kg) | Cu (+) E =
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（三）电极电势、电池电动势
每个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，即
E
E是原电池的电动势
RT ln 还原 zF 氧化
_
_
RT ln 还原 zF 氧化
和 分别代表正、负极的电极电势。
测得电动势E，则可以确定 Cu2 ,Cu
进而可求出 Cu2 ,Cu
同理可以确定 Zn2 ,Zn 和
Zn2 ,Zn
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仪器装置
标准电池 待测电池
工作电源
检流计
电位差计
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2、通过电动势法研究季铵盐Gemini表面活性剂与牛血清白 蛋白( BSA ) 之间的相互作用, 得到它们结合过程的结合等温 线和对应的Scatchard曲线, 并通过结合能力的概念得到了结 合过程的结合位点数、Hill系数及Hill结合常数[2] 。
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参考文献
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（二）电位差计
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电位差计是利用补偿法在电池 无电流（或极小电流）通过时 测得两电极的电位差
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工作原理图
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E为工作电源 电压 En为标准电池 电动势 Ex为未知电池 电动势
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六、实验延伸
1、原电池电动势的测量，是测定一系列物理化学常数所最 常用的方法之一。在科研工作中具有重要的意义。例如， 平衡常数、活度系数、解离常数、溶解度、配合常数、溶 液中离子的话度以及某些热力学函数的改变量等，均可通 过电池电动势的测定来求得[1]。
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4. 在测量电池电动势时，尽管我们采用的是对消法，但 在对消点前，测量回路将有电流通过，所以在测量过程 中不能一直按下电键按钮，否则回路中将一直有电流通 过，电极就会产生极化，溶液的浓度也会发生变化，测 得的就不是可逆电池电动势，所以应按一下调一下，直 至平衡。在调节过程中，按下电键的次数应尽量少。为 了又快又准地测量，应事先计算理论值，在理论值附近 调节。
路中必有断路。 3. 如果检流计本身是好的，光点总是朝一个方向偏转，则表明
达不到补偿，这可能是由以下原因造成： ① 被测电势高于电位差计的限量； ② 工作电源没有输出，或输出电动势过高或过低； ③ 工作电流回路中有断路； ④ 工作电源、标准电池或待测电池的极性接反。
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四、注意事项
• 1. 标准电池属精密仪器，不可横放、倒置或摇动。 • 2. 用电位差计进行测量前最好先估算电动势的大小。 • 3. 按电计按钮的时间要短（< 1s），不能一直按下按钮；调节
旋钮时，电计按钮要松开。 • 4. 为了避免使用汞齐电极时汞的污染，本实验直接使用高纯度
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一、实验目的 二、实验原理 三、实验步骤 四、注意事项 五、实验总结 六、实验延伸 七、思考题
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一、实验目的
1. 学会几种电极和盐桥的制备方法； 2. 掌握对消法测量可逆电池电动势的原理； 3. 掌握UJ-25型电位差计的使用方法； 4. 学会电池的电动势的测定； 5. 计算Cu、Zn电极的电极电势。
三、实验步骤
连接时 应注意 极性
1. 将标准电 池、工作电 池、检流计 与电位差计 面板相应位 置相连。
2. 调节工 作电池电 压约为2 V。
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3. 计算标准电池的电动势，并调节电位差计面板上的温度补偿旋钮。
标准电池电动势：
Et /V 1.018646 [40.6(t /℃ 20) 0.95(t / 20)2 0.01(t / 20)3]106 4. 调节工作电流： 将（N、X1、X2） 转换开关置于“N”
依次旋动粗”、 “中”、“细”、 “微”，直至检 流计不再偏转为 止。 若检流计总朝一 个方向偏转，应 如何排查？
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5. 测未知电池电动势
“盐桥”的作用是什
么？
（1）组装Cu-Zn电池: 在两个干净的小烧杯内分别加入30 mL 0.10 mol/kg
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3. 根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验 温度时饱和甘汞电极的电极电势；
4. 电池(3)、(4)的电动势测量值结合饱和甘汞电极的电极电势：
(a)
分别计算铜、锌电极的
T
；
(b) 分别计算铜、锌电极的 。 T
公式中注意使 用活度
(c) 由电极电势温度校正公式分别计算铜、锌电极 （理论）
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二、实验原理
（一）可逆电池
凡把化学能转变为电能的装置称为原电池（或电池）。 电池由两个电极和连通两个电极的电解质溶液组成。 对定温定压下的可逆电池而言:
(rGm )T , p nFE
E可借助于电 位差计测定
式中，F为法拉弟 （Farady）常数；n 为电极反应式中电子 的得失数；E为电池 的电动势。
化学国家级实验教学示范中心
七 、思考题
1. 写出标准电池的电极反应和电池反应。并结合相图分 析为什么该电池可用作标准电池？
2. 选择“盐桥”液应注意什么问题? 3. 分析可否直接用伏特计来测定电池电动势？
ZF Zn2
铜电极的标准电极电势
锌电极的标准电极电势
（Cu2+） m2
（Zn2+） m1
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选择一个电极电势已知的电极，如饱和甘汞电极，让它 与Cu电极组成电池，该电池的电动势为：
E Cu2 ,Cu （饱和甘汞）
由饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式求得 （饱和甘汞）
R＝8.134 J·mol-1·K-1； F＝96500 C·mol-1； T是绝对温度；z 是反应中得失电子的数量，α为参与电极反应的物质的活度。
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以Cu-Zn电池为例，其电池表达式为：
Zn ZnSO4(m1) CuSO4 (m2) Cu
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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，2004：68-73页
2. 宁爱民, 党玉丽, 赵士举, 等. 电动势法研究蛋白质与季铵 盐Gemini表面活性剂的相互作用. 应用化学，2011, 28 （7）：826-830
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