不同浓度硫酸铜溶液电极电势的测定 论文

不同浓度硫酸铜溶液电极电势的测定
L-- 指导老师H--
（ZQU 化学化工学院）
摘要：电极电势的大小与电极种类、电解质浓度、温度等因素有关。

本文在实验温度下测
得浓度分别为0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L硫酸铜溶液的Cu
电极-饱和甘汞电极组成的电池电动势，探究硫酸铜浓度对电池电极电势的影响。

关键词：电极电势，电动势，硫酸铜，对消法，电位差计
前言
电动势的测量方法，在物理化学研究工作中具有重要的实际意义，通过电池电动势的测量可以获得还原体系的许多热力学数据。

如平衡常数，电解质活度及活度系数，离解常数，溶解度，络合常数，酸碱度以及某些热力学函数改变量等[1]。

在教学、科研中广泛使用的测量仪器是电位差计，它是按照对消法测量原理而设计的一种平衡式电学测量装置，能直接给出待测电池的电动势值(以伏特表示) 。

电极电势测定的大小与电极种类、溶液浓度、温度有关。

本文在实验温度下测得不同浓度硫酸铜溶液的Cu电极-饱和甘汞电极组成的原电池电动势，探究硫酸铜浓度对原电池电极电势的影响。

1实验部分
1.1试剂与仪器
仪器UJ-25型电位差计，电度装置一套，标准电池，直流复射式检流计，甲电池，镀铜溶液，饱和甘汞电极，电极管，铜电极，电极架
试剂硫酸铜（分析纯），氯化钾（分析纯）
1.2实验步骤
1.2.1Cu电极制备
将铜电极在约6mol•dm-3的硝酸溶液内浸洗，然后取出用水冲洗，再蒸馏水淋洗。

将铜电极置于电镀烧杯中作阴极，进行电镀。

电镀半小时再取出。

1.2.2 配制不同浓度的CuSO4溶液
将0.5mol/L的CuSO4溶液分别配制成0.4mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L、0.1mol/L 共计五个不同浓度的溶液作为铜电极的电极溶液。

将饱和KCI溶液注入50ml的小烧杯中作为盐桥,再将上面制备的不同浓度的铜电极和饱和甘汞电极置于小烧杯内,即成Cu-甘汞电池, Hg|Hg2Cl2|KCl(饱和)‖CuSO4(xmol.L-1)|Cu
1.2.3 电动势的测定
按照电位差计电路图，接好电动势测量路线。

根据标准电池的温度系数，计算实验温度下的标准电动势。

以此对电位差计进行标定。

分别测定以上五个电池的电动势。

2.结果与讨论
在室温下（31℃），测定不同浓度硫酸铜溶液的Cu 电极-饱和甘汞电极组成的电池电动势，并求其平均值。

原电池的电动势与硫酸铜溶液浓度大小成正比关系。

见下表。

表1 不同浓度硫酸铜溶液的电池电动势
C (CuSO 4)/mol ·L -1
原电池电动势/V
平均电动势/V
1
2 0.10 0.048000 0.050418 0.049209 0.20 0.056005 0.056236 0.0561205 0.30 0.06043
3 0.059197 0.059815 0.40 0.062839 0.062692 0.0627655 0.50
0.065226
0.065760
0.065493
根据有关公式，计算浓度分别为0.1mol /L 、0.2mol /L 、0.3mol /L 、0.4mol /L 、
0.5mol /L 硫酸铜溶液的Cu 电极电势T ϕ、θ
ϕT 、θϕ298、理论T ϕ及相对误差，见表2，表3。

表2 不同浓度硫酸铜溶液的Cu 电极电势
c （mol /L ） m (mol .kg -
1) I （mol /kg ）
±γ
±α
SCE ϕ/V T ϕ/V
θ
ϕT /V θϕ298/V 0.1 0.1 0.4 0.1622 0.0163 0.236934 0.2861 0.3401 0.3402 0.2 0.2 0.8 0.1091 0.0219 0.2931
0.3470 0.3471 0.3 0.3 1.2 0.0860 0.0259 0.2967 0.3507 0.3508 0.4 0.4 1.6 0.0728 0.0292 0.2997 0.3536 0.3537 0.5
0.5
2.0
0.0640
0.0321
0.3024
0.3563
0.3564
表3 不同浓度硫酸铜溶液的Cu 电极电势实验值与理论值对比
C (mol ·L -
1)
文献θϕ298/V 理论T ϕ/V
实验T ϕ/V
相对误差/%
0.1 0.340
0.286 0.2861 0.1 0.2 0.290
0.2931 1.1 0.3 0.292 0.2967 1.6 0.4 0.294 0.2997 2.1 0.5
0.295
0.3024
2.6
结果表明，浓度为0.1mol /L 、0.2mol /L 、0.3mol /L 、0.4mol /L 、0.5mol /L 的硫酸铜溶液的Cu 电极电势
实验
T ϕ分别为0.2861V 、0.2931V 、0.2967V 、0.2997V 、0.3024V ，
随着硫酸铜电解质溶液浓度的增大，Cu 电极电势
实验
T ϕ也相应地增大。

而浓度为
0.1mol /L 、0.2mol /L 、0.3mol /L 、0.4mol /L 、0.5mol /L 的硫酸铜溶液的Cu 电极电势理论值分别为0.286V 、0.290V 、0.292V 、0.294V 、0.295V 。

与理论值理论T ϕ相比，实验T ϕ略有增大，相对误差分别为0.1%、1.1%、1.6%、2.1%、2.6%，相对误差小于3%，符合物理化学实验测定要求[2]。

相关计算公式[3]：
SCE T E ϕ-ϕ=
)
/(1ln 21ln 2θ
±θ
θ
γ-ϕ=α-
ϕ=ϕm m F RT F RT T T T 22981
(298)(298)2T a T T θθ
ϕϕβ=+-+
-
式中，铜电极（Cu 2+，Cu ）温度系数[4]15106.1--⋅⨯-=αK V ，β=0。

2
21B B B Z m I ∑=
I
I Z Z A +-=γ-
+±1lg θ±±
±γ=αm m ρ
==c
A m n m CuSO )()
(4 3.结论
实验测得浓度为0.1mol /L 、0.2mol /L 、0.3mol /L 、0.4mol /L 、0.5mol /L 的硫酸铜溶液的Cu 电极-饱和甘汞电极组成的电池电动势，结果表明，随着硫酸铜电解质溶液浓度的增大，Cu 电极电势
实验
T ϕ也相应地增大。

计算得到Cu 电极电势T ϕ，与理论
Cu 电极电势理论T ϕ相比，相对误差较小，符合实验要求。

由于在标定与测量的操作中，可能遇到电流过大、检流计受到“冲击”及检流计光标较难调节，每组测量时间较长，工作回路中电流会发生变化等现象，测定结果会有一定的偏差。

因此，测定过程中需要特别注意这些因素的影响。

参考文献
[1]《物理化学实验讲义》,肇庆学院化学化工学院物理化学教研组编.
[2]
李惠云等.简易动态法测定液体饱和蒸气压装置〔J 〕.大学化学,1998,(5):42. [3]
《物理化学实验》,天津大学出版社，2001. [4]
《物理化学实验》,袁誉洪主编，科学出版社，2012.。