铜离子标准电极电势的测定

一．实验的目的

1学会铜电极、锌电极和甘汞电极的制备和处理方法。

2.掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。

3.加深对原电池、电极电势等概念的理解。

二．实验原理

1、标准电极电势的测定

按照IUPAC的建议：任一给定电极的标准电极电势定义为该电极与标准氢电极组成原电池，通过测定原电池的标准电动势，从而计算出该电极的标准电极电势。

所谓标准状态是指组成电极的离子的浓度（严格讲应为活度）为1mol·L，气体的分

压为101.3kPa，液体和固体都是纯净物质，标准电极电势用符号表示.

A方法一

对铜电极可设计电池如下:

Hg(l)-Hg2Cl2(S)｜KCl(饱和)‖CuSO4(0.1000mol·kg-1)｜Cu(S) 铜电极的反应为:Cu2+ + 2e → Cu；

甘汞电极的反应为:2Hg+2Cl-→Hg2Cl2+2e；

电池电动势:(饱和甘汞)

所以(饱和甘汞)

已知(饱和甘汞) 其中φ(饱和甘汞)=0.24240-7.6×10-4(t-25) 测定温度电动势E，即可求得。

不足：铜离子电极电势和甘汞电极电势相差不多，测电池电动势E时仪器误差大

B方法二

使用条件CuSO4的浓度小于0.01kg/mol

Zn | ZnSO4 (0.1000M) || KCl (饱和) | Hg2Cl2 ,Hg

E1＝ψ（饱和甘汞）—ψ（Zn2+|Zn）

其中φ(饱和甘汞)=0.24240-7.6×10-4(t-25) 测定温度算出来

Zn|ZnSO4(0.1000M)||CuSO4(a2)|Cu

负极反应Zn (s)→Zn2+(aZn2+) + 2e－

正极反应Cu2+(aCu2+) + 2e－→ Cu(s)

电池总反应Zn(s) + Cu2+(aCu2+)→Zn2+(aZn2+) + Cu(s)

电池电动势E池=ф右－ф左=ф+－ф-== ψθ（cu2+|cu）-RT/2F㏑(A(1/ cu2+)-ψ（Zn2+|Zn）E2=ψθCu2+|Cu+RT/2F(r±m+/mθ)-ψZn2+|Zn

ψθCu2+|Cu=E2-RT/2F㏑r+-RT/2F㏑m/mθ+ψZn2+|Zn

ψθCu2+|Cu= E2-RT/2F㏑r±-RT/2F㏑m+c ①

①代入㏑r±=-A’|Z1·Z2|(I)^1/2=-4A(4m)^1/2=-A×8(m)^1/2

ψθCu2+|Cu= E2-RT/2F·-A×8(m)^1/2+ψZn2+|Zn- RT/2F㏑m

溶液m已知

设E’=E2+ψZn2+|Zn- RT/2F㏑m 为纵坐标，（m）^1/2为横坐标作图。

当m→0得纵截距ψθCu2+|Cu=E’可解出ψθCu2+|Cu配溶液C(CuSO4)﹤0.01 mol·kg-1 6组

0.01mol·kg-1、0.001mol·kg-1、0.0001mol·kg-1、0.00001mol·kg-1、0.000001mol·kg-1、

0.0000001mol·kg-1

三 . 实验步骤（方法二）

电极的制备

铜电极的制备：将铜电极在1∶3的稀硝酸中浸泡片刻，取出洗净，作为负极，以另一铜板作正极在镀铜液中电镀(镀铜液组成为:每升中含125gCuSO4·5H2O，25gH2SO4，50mL乙醇)。线路见图Ⅲ-15-1。控制电流为20mA，电镀20min得表面呈红色的Cu电极，洗净后放入0.1000mol·kg-1CuSO4中备用。

锌电极的制备：将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻，取出洗净，浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约10s，表面上即生成一层光亮的汞齐，用水冲洗晾干后，插入0.1000mol·kg-1ZnSO4中待用。

组装电池，测定E1的值

溶液的配制

分别配制0.01mol·kg-1、0.001mol·kg-1、0.0001mol·kg-1、0.00001mol·kg-1、0.000001 mol·kg-1、0.0000001mol·kg-1的|CuSO4的溶液

测电动势E2