电动势的测定与应用

华南师范大学实验报告

学生姓名甘汉麟学号20112401028

专业化学(师范) 年级、班级11化5

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实验指导老师林晓明实验时间2014年4月9日

【实验目的】

①掌握电位差计的测量原理和原电池电动势的测定方法；

②加深对可逆电极、可逆电池、盐桥等概念的理解；

③测定电池（I）的电动势；

④了解可逆电池电动势测定的应用；

⑤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；

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△G、△S、△H。

【实验原理】

⑴用对消法测定原电池电动势原电池电动势不能能用伏特计直接测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生生极化，结果使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压。采用对消法（又叫补偿法）可在无电流（或极小电流）通过电池的情况下准确测定电池的电动势。

对消法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。

⑵ 原电池电动势的测定

电池（I ） Hg | Hg 2Cl 2 | KCl( 饱和 ) | | AgNO3 (0.02 mol/L) | Ag 根据电极电位的能斯特公式，银电极的电极电位：

+

+

+

-

=Ag a F RT 1

ln

Ag/Ag Ag/Ag θϕϕ 其中 φӨAg/Ag+ =0.799-0.00097（t-25） 又因AgNO3浓度很稀

a Ag+≈[ Ag + ]=0.02

饱和甘汞电极的电极电位：-

l a 1

ln

C F RT -

=θ

ϕϕ饱和甘汞饱和甘汞 对饱和甘汞电极来说，其氯离子浓度在一定温度下是个定值，故其电极电位只与温度有关，其关系可直接写为

φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t – 25)

从上述电池的两个电极电位可算出电池的理论电动势，将测定值与之比较。 ⑶ 电动势法测定化学反应的△G 、△S 、△H 。

利用对消法测定电池的电动势，即可获得相应的电池反应的自由能改变值。

nFE G -=∆

根据吉布斯-亥姆霍兹公式，有

p T E nF S ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂-=∆

p

T E nFT nFE H ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂+-=∆

因此，按照化学反应设计一个电池，测量各个温度T 下电池的电动势E ，作E-T 图，即可求得该反应的热力学函数△G 、△S 及△H 等。

【仪器与试剂】

SDC数字电位差计1台饱和甘汞电极1支超级恒温槽1台20mL烧杯2个饱和氯化钾溶液U型管2个银电极1支250mL烧杯1个硝酸钾琼脂

0.02mol/L的硝酸银溶液

【实验步骤】

⑴制备盐桥

3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法：在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上表面皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶解。然后加入40g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U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。

⑵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20mL小烧杯洗净后，用数毫升0.02mol/L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，用硝酸钾盐桥与饱和甘汞电极连接构成电池。

⑶测定电池的电动势

①根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）的电动势理论值。

②接通恒温槽电源进行恒温，使其达到25℃，温度波动范围要求控制在±

0.2℃之内。把被测电池放入恒温槽中恒温约15min，同时将原电池引出线连接到SDC型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接），盐桥的两支管应标好记号，让标负号的一端始终与含氯离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。测定其电动势，直至电位差计读数稳定为止，平行测定三次。

③将恒温槽的温度设定至35℃，再按步骤②的操作测定该电池的电动势，直至电位差计读数稳定为止，平行测定三次。

【数据记录与处理】

⑴ 电动势的测定

室温 26.1 ℃ 气压 101.71 kPa t / ℃ T / K E 1 / V E 2 / V E 3 / V E / V

28.7 301.85 0.45526 0.45524 0.45525 0.45525 35.8 308.95

0.45251

0.45251

0.45244

0.45249

将t=28.7 ℃ 代入以下式子

()()V t Ag

Ag 79541.0257.2800097.0799.02500097.0799.0/=--=--=+

θϕ V a F RT Ag Ag

Ag Ag Ag 69367.002

.01

ln 9650085.301314.879541.01ln //=⨯-=-=++

+

θϕϕ ()()V 23910.0257.2800065.02415.025t 00065

.02415.0=--=--=饱和甘汞ϕ 所以，理论电动势E 为

V E Ag Ag 45457.023910.069367.0/=-=-=+饱和甘汞ϕϕ

%15.0%10045457

.045457

.045525.0=⨯-=

error relative

将t=35.8 ℃ 代入以下式子

()()V t Ag

Ag 78852.0258.3500097.0799.02500097.0799.0/=--=--=+

θϕ V a F RT Ag Ag

Ag Ag Ag 68439.002

.01

ln 9650095.308314.878852.01ln //=⨯-=-=++

+

θϕϕ ()()V 23448.0258.3500065.02415.025t 00065

.02415.0=--=--=饱和甘汞ϕ 所以，理论电动势E 为

V E Ag Ag 44991.023448.068439.0/=-=-=+饱和甘汞ϕϕ

%57.0%10044991

.044991

.045249.0=⨯-=

error relative