实验二 原电池电动势的测定及应用幻灯片.ppt

实验二 原电池电动势的测定及应用第1页，共28页，编辑于2022年，星期五一、实验目的 (1)(1)掌握对消法测量电池电动势的原理。掌握对消法测量电池电动势的原理。(2)(2)学习一些电极和盐桥的制备和处理方法。学习一些电极和盐桥的制备和处理方法。(3)(3)熟悉电位差计的使用方法。熟悉电位差计的使用方法。（4 4）通过原电池电动势的测定求算热力学函数。）通过原电池电动势的测定求算热力学函数。第2页，共28页，编辑于2022年，星期五 原电池是将化学能转变为电能的装置，它是由两个原电池是将化学能转变为电能的装置，它是由两个“半电池半电池”组成。每一个半电池中有一个电极和相应的电组成。每一个半电池中有一个电极和相应的电解质溶液。电池在放电反应过程中，正极发生还原反应，解质溶液。电池在放电反应过程中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电池反应是电池中两个电极反应的总负极发生氧化反应，电池反应是电池中两个电极反应的总和，其电动势为组成该电池的两个电极的电极电势的代数和，其电动势为组成该电池的两个电极的电极电势的代数和和.二、二、实验原理实验原理 第3页，共28页，编辑于2022年，星期五当电极电势均以还原电势表示时，若正极的电极电势为当电极电势均以还原电势表示时，若正极的电极电势为 ，负极的电极电势为，负极的电极电势为 ，则：，则：式中式中:E E 电池的电动势电池的电动势,单位为单位为V V。、分别为正、负电极的电极电势，单位分别为正、负电极的电极电势，单位V V。第4页，共28页，编辑于2022年，星期五 测量原电池的电动势，要在接近热力学可逆条件下进行，测量原电池的电动势，要在接近热力学可逆条件下进行，即在无电流通过的情况下测量，不能直接用伏特计测量。因为即在无电流通过的情况下测量，不能直接用伏特计测量。因为用伏特计测量时有电流通过电池内部和伏特计，电池内部会发用伏特计测量时有电流通过电池内部和伏特计，电池内部会发生化学反应，而使浓度改变，电极被极化，测量处于非平衡状生化学反应，而使浓度改变，电极被极化，测量处于非平衡状态。另外，电池本身存在内电阻，所以伏特计测得的只是两电态。另外，电池本身存在内电阻，所以伏特计测得的只是两电极间的电势差，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过、极间的电势差，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过、电池处在平衡状态下，才能测量到电池的电动势。采用电位差电池处在平衡状态下，才能测量到电池的电动势。采用电位差计可以在无电流通过时，测得在平衡状态下电池的电动势。计可以在无电流通过时，测得在平衡状态下电池的电动势。第5页，共28页，编辑于2022年，星期五对消法测量原电池电动势的原理示意图对消法测量原电池电动势的原理示意图 第6页，共28页，编辑于2022年，星期五通过对电池电动势的测量可求算某些反应的H，S，G等热力学函数，电解质的平均活度系数，难溶盐的活度积和溶液的pH等物理化学参数。但用电动势的方法求如上数据时，必须是能够设计成一个可逆电池，该电池所构成的反应应该是所求的化学反应。第7页，共28页，编辑于2022年，星期五Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和)AgNO3(0.1 molL-1)Ag(s)正极：Ag+e-Ag负极：2Hg+2Cl-Hg2Cl2+2e-电池电动势为电池电动势为 1.求银电极的标准电极电势求银电极的标准电极电势第8页，共28页，编辑于2022年，星期五 2.用电动势法求用电动势法求AgCl的的Ksp Ag(s)|AgCl(s)KCl(m1)|AgNO3(m2)|Ag(s)该电池的电极反应为：负极反应：Ag(s)Cl(m1)AgCl(s)e-正极反应：Ag(m2)e-Ag(s)电池总反应：Ag(m2)Cl(m1)AgCl(s)第9页，共28页，编辑于2022年，星期五又因为GQ=nFEQ=(该反应n=1)，EQ=第10页，共28页，编辑于2022年，星期五第11页，共28页，编辑于2022年，星期五Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和)饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(s)醌氢醌(QQH2)为醌(Q)和氢醌(QH2)等摩尔混合物，在水中溶解度很小。醌氢醌电极作为正极的电极反应为：其电极电势为:3.3.测定溶液的测定溶液的pHpH值值第12页，共28页，编辑于2022年，星期五若用饱和甘汞电极作参比电极，当溶液的pH77时，醌氢醌电极为负极)第13页，共28页，编辑于2022年，星期五式中醌氢醌电极的标准电极电势 ，饱和甘汞电极的电势 的值均与温度有关，它们与温度的关系为：因此，若测定了电池的电动势，根据便可求得溶液的pH值。第14页，共28页，编辑于2022年，星期五三、仪器与试剂三、仪器与试剂1.电动势测定仪1台2.铂电极1只3.银电极1只4.银氯化银电极1只5.饱和甘汞电极1只6.盐桥1只7.加热套8.烧杯 50ml 6只 250ml 1只饱和氯化钾溶液0.1000M AgNO3溶液饱和醌氢醌的未知pH溶液琼脂饱和KNO3溶液第15页，共28页，编辑于2022年，星期五四、实验步骤四、实验步骤1.盐桥的制备 称40g KNO3溶液100g蒸馏水中，搅拌溶解静置，取上层饱和溶液。称取3g琼脂，浸泡1-2分钟，再慢慢加热至沸腾，待琼脂全部溶解后，趁热将其注入U型管中，注入时不能有气泡，擦干外壁，冷却待用。注意：配一份溶液，装6只U型管。第16页，共28页，编辑于2022年，星期五2.2.电极的准备电极的准备铂电极先用丙酮浸泡1分钟，再用蒸馏水淋洗，浸入蒸馏水。饱和甘汞电极和饱和氯化银电极使用前用蒸馏水淋洗，浸入蒸馏水。银电极用细砂纸轻轻打磨露出新鲜金属光泽，蒸馏水洗净，浸入蒸馏水。注意：进入电解液前需擦干。第17页，共28页，编辑于2022年，星期五SDC-型综合数字电位差测试仪（操作面板）型综合数字电位差测试仪（操作面板）第18页，共28页，编辑于2022年，星期五3.数字式电位差计的校正与测定数字式电位差计的校正与测定插上电源，打开仪器开关，稳定10min.校正：打至标定档，将红黑（正负）导线一端插入“标定”接口，另一端连接内部标准电池，通过快速调节装置上6个旋钮，使电位为标准值。测量：将旋钮打至”测定档”位，将红黑导线一端插入“测量”接口，一端连接组合电池的正负极，通过快速调节装置上6个旋钮，使右侧减零窗口为0，记录此时电位指示值即为该电池的电动势。第19页，共28页，编辑于2022年，星期五 Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和饱和)AgNO3(0.1 molL-1)Ag(s)Ag(s)+AgCl(s)KCl(饱和饱和)AgNO3(0.1 molL-1)Ag(s)Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和饱和)饱和醌氢醌的未知饱和醌氢醌的未知pH溶液溶液|Pt(s)4 4测定下列各电池在室温下的电动势测定下列各电池在室温下的电动势 第20页，共28页，编辑于2022年，星期五(1)(2)(3)插插入入盐盐桥桥银银|氯化银电极插入装有氯化银电极插入装有30mL饱和饱和KCl溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中银电极插入装有银电极插入装有30mL 0.1molL-1AgNO3 溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中铂电极插入装有铂电极插入装有30mL 饱和有醌氢饱和有醌氢醌的未知醌的未知pH溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中插插入入盐盐桥桥插插入入盐盐桥桥饱和甘汞电极插入装有饱和甘汞电极插入装有30mL饱和饱和KCl溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中饱和甘汞电极插入装有饱和甘汞电极插入装有30mL饱和饱和KCl溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中银电极插入装有银电极插入装有30mL 0.1molL-1AgNO3 溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中0.1 molL-1 AgNO30.1 molL-1 AgNO3饱和有醌氢醌的未饱和有醌氢醌的未知知pH溶液溶液第21页，共28页，编辑于2022年，星期五5.5.实验整理实验整理 实验完毕后，将盐桥放在水中加热溶解，实验完毕后，将盐桥放在水中加热溶解，洗净。各电极洗净擦干保存。将仪器电源关洗净。各电极洗净擦干保存。将仪器电源关闭，并将各仪器复原，仪器摆放整齐。闭，并将各仪器复原，仪器摆放整齐。第22页，共28页，编辑于2022年，星期五室温：室温：大气压：大气压：kPa被测电池被测电池 电池电动势电池电动势V第一次 第二次 平均值五、五、数据记录与处理数据记录与处理表表1 电池电动势测量数据电池电动势测量数据第23页，共28页，编辑于2022年，星期五 Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和)AgNO3(0.1 molL-1)Ag(s)求银电极的标准电极电势 Ag(s)+AgCl(s)KCl(饱和)AgNO3(0.1 molL-1)Ag(s)求AgCl在室温下的Ksp Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和)饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(s)求溶液的pH值。数据处理：数据处理：第24页，共28页，编辑于2022年，星期五六、注意事项六、注意事项(1)(1)连接仪器与待测电池时，正负极不要接反。连接仪器与待测电池时，正负极不要接反。(2)(2)盐桥的两端应标好记号，让标负号的一端始终与盐桥的两端应标好记号，让标负号的一端始终与含氯离子的溶液接触。含氯离子的溶液接触。(3)(3)测定时，先从最上端旋钮开始调，快速找到平衡点，测定时，先从最上端旋钮开始调，快速找到平衡点，以防止电流通过时改变电极表面的平衡状态。以防止电流通过时改变电极表面的平衡状态。第25页，共28页，编辑于2022年，星期五七、问题讨论七、问题讨论 （1 1）为什么不能用伏特计测量电池的电动势）为什么不能用伏特计测量电池的电动势?（2 2）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥?第26页，共28页，编辑于2022年，星期五 （1 1）为什么不能用伏特计测量电池的电动势）为什么不能用伏特计测量电池的电动势?答：因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断答：因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学反应，有电流流出，电池中溶液的浓度不断改变，因发生化学反应，有电流流出，电池中溶液的浓度不断改变，因而电动势也会有变化。另外，电池本身有内电阻，所以用伏特而电动势也会有变化。另外，电池本身有内电阻，所以用伏特计所测量出的只是两电极间的电势差，而不是电池的电动势。计所测量出的只是两电极间的电势差，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时，测量到的电势差才是电池的电动势。只有在没有电流通过时，测量到的电势差才是电池的电动势。参考答案参考答案第27页，共28页，编辑于2022年，星期五 答：盐桥是一个隔开半电池的液体部分而维持电的答：盐桥是一个隔开半电池的液体部分而维持电的(离子的离子的)通道的简单装置。盐桥的作用在于消除液体接界电通道的简单装置。盐桥的作用在于消除液体接界电势，以保证电池的可逆性。势，以保证电池的可逆性。选择作盐桥的电解质需要考虑的条件是：电解质中正、负选择作盐桥的电解质需要考虑的条件是：电解质中正、负离子的迁移数应大致相等，不与组成电池的溶液发生作用，不离子的迁移数应大致相等，不与组成电池的溶液发生作用，不干扰被测反应，要用高浓度或饱和的电解质溶液。干扰被测反应，要用高浓度或饱和的电解质溶液。（2 2）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥?第28页，共28页，编辑于2022年，星期五