原电池电动势的测定及应用

原电池电动势的测定及应用

姓名： 学号： 班级：2012级化工班

指导老师： 日期：2014-09-24 成绩：

一、实验目的：

1.掌握对消法测定电池电动势的原理及电位差计的使用。

2.了解可逆电池电动势的应用。

3.学会银电极、银—氯化银电极的制备和盐桥的制备。

二、实验原理：

1.原电池是由正，负两个电极和相应电解质溶液组成，电池反应中正极起还原作用，负极起氧化作用，电池反应是电池中两个电极反应的总和。电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为当伏特计与待测电池接通后，整个线路中便有电流通过，电池内部由于存在内电阻而产生某一电位降，并在电池两极发生化学反应，溶液浓度发生变化，电动势数值不稳定，所以只有在无电流通过的情况下进行测定，即采用对消法。

测量电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需要用对消法（补偿法）来测定电动势。对消法测定电动势就是在所研究的电池的外电路上加一个方向相反的电压。当两者相等时，电路的电流为零（通过检流计指示）。对消法测电动势常用的仪器为电位差计,其简单原理如图所示：

1

2R R E E S X = 电极电势的测定原理：原电池是化学能转变为电能的装置，在电池放电反应中，正极（右边）起还原反应，负极起氧化反应。电池的电动势等于组成的电池的两个电极电位的差值。即：

氧化还原左

右ααϕϕϕϕϕϕθln _ZF RT E -=-=-=+

三、仪器与药品：

1. 仪器：电位差计 直流辐射式检流计 铂电极 银电极 饱和甘汞电极 稳压直流电源 导线 标准电池 盐桥 小烧杯若干

2. 药品：HCl （0.100m ） AgNO3（0.100m ）KCl 饱和溶液 醌氢醌 未知PH 溶液

四、实验步骤 ：

本实验测定如下两个电池的电动势：

1.①Hg －Hg 2Cl 2|饱和KCl 溶液||AgNO 3(0.100m)|Ag

②Hg －Hg 2Cl 2|饱和KCl 溶液||饱和有醌氢醌的未知PH 溶液|Pt

2.电极的制备

（1）铂电极、银—氯化银参比电极和饱和甘汞电极采用现成的商品，在使用前用蒸馏水洗净。若铂电极有油污，应在丙酮中浸泡，然后用蒸馏水冲洗。

（2）醌氢醌电极：将少量醌氢醌固体加入待测的未知PH 溶液中使成为饱和溶液，然后插入干净的铂电极即可。

3.（1）矫正电位计：先将功能选择开关扳到“外标”档。再将电位计的正负极短接，按“校准”归零。最后将外标正极与基准正极，外标负极与基准负极接，调数字至基准数（每台仪器都不同），按校准键归零。

（2）组成两个电池。

（3）将标准电池和待测电池分别接入电位差计上。在测标准电池是电位差计的正极连接Ag 电极，在测待测电极时电位计的正极连接Pt 电极。

（4）将功能选择开关扳到“测量”档。把标准电池正确接入电位差计上，从大到小从左到右旋转六个电势测量旋钮，直到调至检流计示数为零为止。按同样的方法测定未知电池电动势。

（5）根据Nernst 公式计算实验温度下电池①②的电动势理论值。

五、数据处理 ：

室温：21℃

测量值/V E 测量平均值/V V Ag Ag //+ϕ V Ag Ag //θϕ+

相对 误差

一次 两次 三次 0.495453 0.7393 0.8031 7.944% 0.495880 0.495195 0.495283

0.327874 0.326129 0.324568 0.326190

1、已知饱和甘汞电极和银电极的电极电位与温度的关系如下

当t=21℃

甘汞ϕ=0.2412-6.61×10-4（t-25℃）-1.75×10-6(t-25℃)2-9.16×10-10(t-25℃)2

=0.2438V

=+θ

ϕAg Ag /0.7991-9.88×10-4(t-25℃)+7×10-7(t-25℃)2

=0.8031V

由于电池的电动势为甘汞ϕϕ-=+Ag Ag E /，所以

=+=+甘汞ϕϕE Ag Ag /0.495453+0.2438=0.7393V

实验测得的Ag Ag /+ϕ的理论值和实际值的相对误差为：

=-+++θθ

ϕϕϕAg Ag Ag

Ag Ag Ag ///=-8031

.07393.08031.00.07944=7.944% 2、PH F

RT F RT H 303.2ln 22-=-=+θθϕαααϕϕ醌氢醌醌氢醌醌氢醌右 因为 甘汞醌氢醌

左右ϕϕϕϕθ--=-=PH F RT E 303.2 所以 F RT E PH /303.2甘汞醌氢醌ϕϕθ--=

已知 =醌氢醌ϕ0.6994-7.4×10-4（t-25℃）=0.7024V

所以 =PH 3。6362

六．误差分析：

1、仪器的不稳定带来较大误差，电极上较长时间的有电流通过，会发生电池反应使得溶液浓度下降、电极表面极化，这样可逆电极变成不可逆的，会给实验带来较大误差。而实验中所用仪器不稳定，需要较长的时间才能大致调节到平衡，即使是同一个电动势值，在很短的时间内测得的数据都有较大波动，所以不能很快调节到平衡是实验的误差主要来源。

2、本实验的理论参考数据是在标准状况下的数值，而实验过程中的温度和大气压都有变化，所以计算的误差也较大。

3、只有在电流无限小的情况下测量，才能达到可逆电池的要求，但在实验过程中电流无法达到无限小仍存在一定值的电流，于是产生的极化作用破坏了电池的可逆性，使电动势偏离可逆值。

七、 注意事项 ：

1.在测量电池电动势的过程中，检流计光点总往一个方向偏转，则可能是工作电源指向内接。

2.醌氢醌溶解度小，加入少量即可。

3 .检流计不用时要短路，不要浪费电池，按旋钮时间要短，不超过1s ，防止过多电流通过电池，造成极化现象，破坏电池的电化学可逆状态。

4.计算时考虑T 对实验结果的影响，因数据太小，处理时要保持4位，减少误差。

八．问题分析与讨论：

1、KNO 3盐桥有何作用，如何选用盐桥以适应各种不同的原电池？

答：将液接电势降低到最小的作用。盐桥中的盐浓度尽量大（一般用饱和溶液），正负离子迁移数接近，与电池中的电解质不发生反应。KNO3的在水中的溶解度很大，正负负离子迁移数接近，与大多数电解质不发生反应。

2、在工作电流“标准化”和测量电动势过程中，为什么按键不能长时间按下？ 答：因为接通电路后就会有电流通过，则电极就会发生极化，电极电势与电池电动势就会偏离平衡值，而实验需要测定的是平衡电动势，所以不能长时间接通电