电池电动势的测定及其应用实验报告

电池电动势的测定及其应用实验报告

电池电动势的测定及其应用

、实验目的: 1•了解对消法测定电池电动势的原理;

2 •掌握电动势测定难溶物溶度积(K sp )的方法;

3 •掌握常用参比电极银一氯化银电极的制备方法。

实验原理:

电池由两个半电池组成(半电池包括一个电极和相应的电解质溶液)，当电池放电时，进行氧化反应的是负极，进行还原反应的是正极＜电池的电动势就

是通过电池的电流趋近于零时两极之间的电位差。它可表示成：

式中E、E分别表示正、负电极的电位。当温度、压力恒定时，电池的电动势E (或电极电位E、E )的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活度。电极电位与有关离子活度之间的关系可以由 Nernst方程表示：

RT

E E ——ln a B B (16-1)

zF B

式中：z为电池反应的转移电子数，B为参加电极反应的物质 B的化学计

量数，产物B为正，反应物B为负。

本实验涉及的两个电池为：

(1)(—)Ag(s),AgCI(s) | KCl (0.0200 mol L-1) || AgN0 3(0.0100 molL・-1)

I Ag (s) (+)

(2) (一) Hg (l)，Hg2Cl2 (s)| KCl (饱和)|| AgNO3 (0.0100 mol L-1)

I Ag (s) (+)

在上述电池中用到的三个电极是：

2Hg(l) 2Cl (a Cl ) (16-3)

(1) 银电极：

电极反应: Ag (0.01mol L 1) e Ag (16-2)

RT

E Ag /Ag E Ag /Ag 卩ln a Ag

其中： E Ag /Ag 0.7991 0.00097(t 25) V

式中：t为摄氏温度(下同)，

(2) 甘汞电极:

电极反应：HgCl2(s) 2e

E Hg 2Cl 2(s)/Hg E Hg 2Cl 2(s)/Hg RT

In a CI F CI 对于饱和甘汞电极，温度一定时， a CI 为定值，因此饱和甘汞电极电位与 温度有关，其关系式为： E Hg 2CI 2(s)/Hg 0.2415 0.00065(t 25) V (3) 银一氯化银电极 电极反应

AgCI(s) e Ag Cl (a CI ) (16-4) 根据溶度积关系式a a

CI K sp 得

{Ag /Ag} RT F

Ina

Ag

RT .K sp {Ag /Ag}

In ' p

卜

a CI

{Ag /Ag} RT In K sp Ag E{AgCI(s)/Ag} E E E {AgCI(s)/Ag} RTma CI F CI RTmad F CI (16-5)

RT 式中：E {AgCI(s)/Ag} E {Ag / Ag} In K SP 由上式可见，利用Nernst 关系式可求得难溶盐的溶度积常数，为此我们将 (16-2)、(16-4)两个电极连同盐桥组成电池(I) E E =E Ag E /Ag E AgCI(s)/Ag RT {Ag /Ag} —Ina Ag (E 0.2224 0.000645(t 25) V ,其电动势可表示为: RT

{ Ag /Ag} — In K SP

RT F

n a

cl )

=旺

F 整理得:

In K sp 少(％

a cI )

K SP a Ag a

cI

exo

(16-6)

(I)中左右半电池活度a CI 和a Ag AgCI 的溶度积常数。 因此，给定电池 势，依上式即可求出 电池电动势一般采用Poggendoff 对消法测定。 根据欧姆定律，电池电动势E I(R r) V Ir ,r 为电 池内阻。当回路中电流I 0时，此时E=V ，这就是 对消法的基本原理，其测量方法如图 1所示。当K 与E N 连接时，移动接触点C ，使G 中无电流通过， 此时AC 上的电位降等于标准电池的电动势，又因 AB 是均匀电阻，故有 RT ，若测得电池(I)的电动

标淮电池

E N AC V AB AB

而当K 与待测电池E X 连接时，移动触点C'，使回路中G 上电流为零，贝

图1

对消法原理示意图

E X AC' V AB AB

E X AC' 1? AC

在温度一定时，标准电池电动势 E N 是定值，只要测量 AC 和AC'，就可求得待 测电池的电动势E X 。

三、 仪器和药品：

仪器和材料：UJ — 25型直流电位差计（或数字式电位差综合测试仪）；直流复射 式检流计（10-9A/mm ）;毫安表；标准电池；甲级干电池（甲电池）；饱和甘汞 电极；银电极；银丝（纯度 99.5%） ； KN03盐桥；10mL 小烧杯；电阻箱。

药品：饱和KCl 溶液；0.0200 molL ・-1KCI 溶液；0.1 mol L -1HCI 溶液；稀氨水。 四、 实验步骤：

1. Ag/AgCl 电极制备

取经退火处理过、直径约为0.5mm 的银丝3根, 用金相砂纸擦至发亮以除去银丝表面的氧化物，然后 在稀氨水中浸泡数分钟。取出用高纯度水洗净，再用 滤纸吸干备用。将其中二根银丝作阳极，另一根作阴 极，分别插入0.1M 的HCI 溶液中，按图2所示的线 路接通电路，调节电

阻使阴极电流密度大约为 5mA/cm 2

，电解20分钟，使银丝表面覆盖一层棕黑 色的AgCl 镀层。镀层以均匀、致密为好。电解完毕

取出制好的电极，用纯水洗净，再用滤纸吸干（但不可用滤纸摩擦，以防镀层

差最大可达土 5mV ，但该电极稳定性尚好，可用作参比电极。 1, 2-银电极；3- 电阻箱；4-电源

电极制备：

电流值的选取（按电流密度 3mA/cm 2,浸入0.1MHCI 中，长度为2cm （2根）， 银丝直径为0.5mm 计算）

银丝表面积2n R*h=nD n *h

I=P I *S=5mA/cm 2

*{ n*0.5*10「*2cm/根*2 根}=3.14mA ， 取 3mA

若银丝长度为 3cm,则 l=P I *S=5mA/cm 2*[3.14*0.5*10-1*3cm/根*2 根]=4.2mA 约 4.5mA

在HDY-1恒电流仪上，若量程为10mA ，电流量为-0.3mA,电压为+

-0.45mA*（10mA ）=4.5mA

此时，红色夹子为“ + ”极，通过的电流密度为5mA/cm 2

剥落）。由于拉丝时引入杂质，电极电位偏 示

意图 图2电极制备装置