电池电动势的测定及应用实验报告.doc

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1、word 整理版电池电动势的测定及其应用一、试验目的：1. 了解对消法测定电池电动势的原理；2. 把握电动势测定难溶物溶度积 KSP的方法；3. 把握常用参比电极银一氯化银电极的制备方法。二、试验原理：电池由两个半电池组成半电池包括一个电极和相应的电解质溶液， 当电池放电时，进展氧化反响的是负极，进展复原反响的是正极。电池的电动势就是通过电池的电流趋近于零时两极之间的电位差。它可表示成：E = E- E+-式中 E+、 E 分别表示正、负电极的电位。当温度、压力恒定时，电池的电-动势 E或电极电位 E 、 E+-的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活度。电极电位与有关离子活度之间的关系可以

2、由 Nernst 方程表示：E = Eq - RT ln P auB16-1zFBB式中：z 为电池反响的转移电子数，uB为参与电极反响的物质 B 的化学计量数，产物u 为正，反响物u 为负。BB本试验涉及的两个电池为：1一Ags，AgClsKCl0.0200 mol L-1AgNO30.0100 mol L-1Ags+2一Hgl，Hg2Cl2sKCl饱和AgNO30.0100 mol L-1 Ags+在上述电池中用到的三个电极是：（1） 银电极：电极反应：16-2Ag + (0.01mol L-1 ) + e AgEAg + / Ag= Eq Ag + / Ag+RT ln a FAg +其

3、中： EqAg + / Ag = 0.7991 - 0.00097(t - 25)V式中：t 为摄氏温度下同，（2） 甘汞电极：电极反响： HgCl (s) + 2e 2Hg (l) + 2Cl - (a)16-32Cl -学习好帮手word 整理版EHg Cl22(s) / Hg= Eq Hg Cl22(s) / Hg-RT ln a FCl -对于饱和甘汞电极，温度确定时， a为定值，因此饱和甘汞电极电位与Hg-温度有关，其关系式为： EHg Cl22（3） 银氯化银电极电极反响(s) /Cl = 0.2415 - 0.00065(t - 25)VAgCl(s) + e = Ag + Cl

4、 - (a”Cl -)16-4依据溶度积关系式a ”Ag + a ”Cl -= K得spEAgCl(s) / Ag = Eq Ag + / Ag +RT ln a ”FAg += EqAg + / Ag + RT ln KspFa ” -= Eq Ag + / Ag +ClRT ln K Fsp- RTFln a ”Cl -= EqAgCl(s) / Ag - RTFln a ”Cl -(16-5)式中：Eq AgCl(s) / Ag = Eq Ag + / Ag +RT ln K FSP= 0.2224 - 0.000645(t - 25)V由上式可见，利用 Nernst 关系式可求得难溶盐

5、的溶度积常数，为此我们将16-2、16-4两个电极连同盐桥组成电池，其电动势可表示为：E = E- E+ +- = E Ag/ Ag - E AgCl (s) / Ag= Eq Ag + / Ag +RT ln a FAg +- (Eq Ag + / Ag +RT ln K FSP- RTFln a)cl -= - RTFln KSP+ RTFln(aAg + a)cl -整理得：K= aSPAg + acl - exp -EF RT (16-6)因此，给定电池(I)中左右半电池活度a ”Cl-和aAg+，假设测得电池I的电动势，依上式即可求出 AgCl 的溶度积常数。电池电动势一般承受 Po

6、ggendorff 对消法测定。依据欧姆定律，电池电动势 E = I (R + r) = V + Ir ，r 为电池内阻。当回路中电流 I 0 时，此时 E=V，这就是对消法的根本原理，其测量方法如图 1 所示。当 K 与 EN 连接时，移动接触点 C，使 G 中无电流通过，此时 AC 上的电位降等于标准电池的电动势，又因AB 是均匀电阻，故有ABEN = AC VAB而当 K 与待测电池 EX 连接时，移动触点C” ，使回路中 G 上电流为零，则：学习好帮手word 整理版EV X=ABEEX=NAC” AB AC” AC图 1对消法原理示意图在温度确定时，标准电池电动势 EN 是定值，只要

7、测量AC 和 AC” ，就可求得待测电池的电动势 EX。三、仪器和药品：仪器和材料：UJ25 型直流电位差计(或数字式电位差综合测试仪)；直流复射式检流计10-9A/mm；毫安表；标准电池；甲级干电池甲电池；饱和甘汞电极；银电极；银丝纯度 99.5%；KNO3 盐桥；10mL 小烧杯；电阻箱。药品：饱和 KCl 溶液； 0.0200 mol L-1KCl 溶液；0.1 mol L-1HCl 溶液；稀氨水。四、试验步骤：1. Ag/AgCl 电极制备取经退火处理过、直径约为 0.5mm 的银丝 3 根， 用金相砂纸擦至发亮以除去银丝外表的氧化物，然后在稀氨水中浸泡数分钟。取出用高纯度水洗净，再用

8、滤纸吸干备用。将其中二根银丝作阳极，另一根作阴极，分别插入 0.1M 的 HCl 溶液中，按图 2 所示的线路接通电路， 调整电阻使阴极电流密度大约为5mA/cm2，电解 20 分钟，使银丝外表掩盖一层棕黑色的 AgCl 镀层。镀层以均匀、致密为好。电解完毕取出制好的电极，用纯水洗净，再用滤纸吸干但不行用滤纸摩擦，以防镀层剥落。由于拉丝时引入杂质，电极电位偏图 2 电极制备装置示意图差最大可达5mV，但该电极稳定性尚好，可用作参比电极。 1，2-银电极；3- 电阻箱；4-电源电极制备：电流值的选取按电流密度 3mA/cm2,浸入 0.1MHCl 中，长度为 2cm(2 根)， 银丝直径为 0.

9、5mm 计算银丝外表积 2R*h=D*hI=PI*S=5mA/cm2*0.5*101*2cm/根*2 根=3.14mA， 取 3mA假设银丝长度为 3cm,则 I=PI*S=5mA/cm2*3.14*0.5*10-1*3cm/根*2 根=4.2mA 约4.5mA在 HDY-1 恒电流仪上，假设量程为 10mA，电流量为-0.3mA, 电压为+-0.45mA*(10mA)=4.5mA此时，红色夹子为“+”极，通过的电流密度为 5mA/cm22. 盐桥的制备所谓“盐桥”，是指正负离子迁移数比较接近的盐类溶液如 KCl、KNO3和 NH4NO3 等水溶液所构成的桥，用来连接两个半电池中的两个溶液，使

10、其不直接接界，以消退或减小液体接界电势。以KNO3 盐桥为例，其制备方法是以琼学习好帮手word 整理版胶 ：KNO3 ：H2O=1.5：20：50 的比例参与到烧杯中，加热溶解，用滴管将其灌入干净的 U 形管中，U 形管中及管端不能留有气泡，冷却后待用。3. 组建电池用 1 支 Ag/AgCl 电极、一个 KNO3 盐桥和一支 Ag/Ag+电极组成电池，并依照电位差计使用说明，接好电动势测量线路。留意：标准电池、工作电池的正、负极不能接错。盐桥在插入之前要用蒸馏水淋洗切勿用自来水！，并用滤纸轻轻擦干，插入时留意在 U 形管口不要留有气泡。两烧杯的液面根本平齐。为了节约溶液，液面在烧杯 1/3

11、1/2 处即可。4. 校正工作电流先读取环境温度，校正标准电池的电动势，调整直流电位差计面板右上方标准电池温度补偿旋钮至计算值。将转换开关拨至“N”处，转动电位差计面板右方的工作电流调整旋钮“粗”“中”“细”“微”，使工作电流符合标准，校正完毕后，右方的工作电流调整旋钮在测定过程中不要再动。5. 测电池电池电动势将转换开关拨至未知“X1”或“X2”处，将一支 Ag/AgCl 电极浸在 0.0200 mol L-1KCl 溶液中，测量此电池的电位，直至电位值在 23 分钟内根本不变变化0.1mV为止。Ag/AgCl 电极在安装时应留意，勿将露出的银与溶液接触。重复测定步骤，再测另一支 Ag/Ag

12、Cl 电极的电位。6组建电池用饱和甘汞电极、KNO3 盐桥和银电极组成电池。安装甘汞电极时应留意拨去橡皮套和橡皮塞，并使甘汞电极内的液面高出烧杯中的液面。7. 测电池电池电动势按步骤 5 测定。五、数据处理：A. 理论值计算试验温度 T=14：(1) E= 0.2415-0.0006514-25=0.2487 (V)学习好帮手甘汞电极E= 0.7991-0.0009714-25=0.8098 (V)Ag/Ag+E= 0.2224-0.00064514-25= 0.2295 (V)Ag/AgClAg/Agcl(2) 电池 I：E= E + - E - = EAg/Ag+ + RT/F lnaAg

13、+ E+ RT/F lnaCl-ln(0.01*0.9*0.02*0.8)=0.8098-0.2295+(8.314*287.15/96485)*= 0.3614 (V)电池：E= E + - E - = E+ RT/F lnaAg+ - E- RT/F lnaCl-Ag/Ag+甘汞电极=0.8098-0.2487+ RT/F lnaAg+/ acl-=0.4474 (V)(3) E = EAg/Agcl - EAg/Ag+ - RT/F ln(1/Ksp)=0(平衡)ln Ksp = EF/RT= -(0.5803*96485)/ (8.324*287.15) = -23.9523988Ks

14、p=3.95585*1011B. 试验值：试验温度：14大气压：102.10kPa 试验温度下的标准电动势1.01884V 1.电池1：一Ag(s),AgCl(s)|KCl(0.0200 mol L-1)|AgNO3(0.0100 mol L-1)| Ag(s)(+)电池反响：Ag/AgCl 电极编号12总平均2. 电池：电 动 势 V理 论 计 算 值测量值10.360325 0.361420.360326 平均 0.36032610.358369 0.361420.358323 平均 0.3583460.359336一Hg(1),Hg2Cl2(s)|KCl(饱和)|AgNO3(0.0100

15、 mol L-1)|Ag(s)(+)电池反响：10.4412720.447420.441297平均 0.441284电动势理 论 计 算 值V测量值六、争辩留意的问题：1. 测定线路接入时，标准电池应最终接入。2. 测定时，按钮不能长时间按下。3. 电极制备时，AgCl 镀层应尽量卡些浸入 HCl 液中的银丝应尽量长些以免测定时未镀 AgCl 的银丝浸入溶液。4. 测量时小烧杯内溶液尽量等高。5. 甘汞电极使用时应拔去橡皮塞和橡皮套，电极内应有 KCl 晶体，电极内应有KCl 晶体，电极内液面应高于小烧杯内液面。6. 电极制备时，电流大小的制备 I=J*A。测七、思考题：1、试验前为什么要读取

16、室温？答案：为了求出室温下标准电池的电动势值，用于标准电池的校正。2、如何测定未知电池的电动势操作答案：1拔出“外标插孔”的测试线，再用测试线将被测电池按正、负极对应插入“测量插孔”。2） 将“测量选择”旋钮置于“测量”，将“补偿”旋钮逆时针旋到底。0-43） 由大到小依次调整面板上“10 -10 ”五个旋钮，使“电位指示”显示的数值为负且确定值最小。4） 调整“补偿旋钮”，使“检零指示”显示为“0000”，此时“电位指示” 数值即为被测电池电动势的值。5） 重复上述各步，每隔 2min 测量一次，每个温度测三次，同时记录试验的准确温度即恒温槽中温度计的温度。6） 然后调整恒温槽的温度分别为其

17、余4 个温度，重复上述操作，测上述温度下电池的电动势E。3、测定时为什么确定不行将标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置？答案：标准电池及原电池摇动、倾斜、躺倒和倒置会破坏电池中电极间的界面，使电池无非正常工作。4、盐桥有什么作用？答案：盐桥可降低液体接界电势。5、可逆电池应满足什么条件？应如何操作才能做到？ 答案：可逆电池应满足如下的条件：电池反响可逆，亦电极电池反响均可逆。电池中不允许存在任何不行逆的液接界。电池必需在可逆的状况下工作，即充放电过程必需在平衡态进展，亦即要求通过电池的电流应为无限小。操作中1由电池本性打算；2加盐桥降低；3用对消法测量。6、在测量电池电动势时，尽管我们承受的

18、是对消法，但在对消点前，测量回路将有电流通过，这时测得的是不是可逆电池电动势？为什么？答案：由于有电流通过，不能满足可逆电池第三点，所不是可逆电池电动势。7、为什么用伏特表不能准确测定电池电动势?答案：不能用伏特计测量电池电动势，就是由于使用伏特计时，必需使回路中有电流通过才能驱动指针旋转，所测结果为不行逆电池两极间电势差，不是可逆电池电动势。8、参比电极有什么作用?答案：参比电极 (二级标准电极)作用是代替标准氢电极测定电池电动势。9、醌氢醌(QQH2)电极有什么用途？答案：可做为参比电极测溶液瓣PH 值或氢离子浓度。10、电池在恒温时没测量时为什么要将电钳松开？ 答案：防止电极极化11、利

19、用参比电极可测电池电动势，此时参比电极应具备什么条件?答案：参比电极应具备条件是：简洁制备，电极电势有确定值而且稳定。12、如何制备醌氢醌(QQH2)电极？答案：在待测液中放入确定量的(QQH2)，搅拌使这溶解，然后将一根铂电极放入待测液中。13、为何测电池电动势要用对消法？对消法的原理是什么？答案：可逆电池要求电路中无电流通过，用对消法可满足这个条件。用一个方向相反， 数值相等的外电势来抵消原电池的电动势，使连接两电极的导线上 I0，这时所测出的 E就等于被测电池的电动势E。14、 如何由试验求电池的温度系数(E T ) ，p答案：通过测定恒压下电池在不同温度下的电动势E，由E-T 数据作E

20、-T 关系图。从曲线的斜率可求任意温度下的温度系数(E T ) ，p15、选用作盐桥的物质应有什么原则？答案：选用作盐桥的物质应有什么原则：盐桥中离子的r+r-， t+t-，使Ej0。盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。与 Cl 的迁移数相近+-常用饱和 KCl 盐桥，由于 K。作为盐桥的溶液不能与原溶Ag+液发生反响，当有时用KNO3 或NH4NO3。16、在测量电动势之前如何进展校准化操作？ 操作题答案：0依据室温按公式 ES=1.0183-4.0610-5(t-20),计算标准电池在该室温下的 ES。1） 、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2） 、将电动势的标准电池按“+”“”极性与“外

21、标插孔”连接。3） 、调整“100-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外 标电池数值一样。4） 、待“检零指示”数值稳定后，调整调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。17、如何调整恒温槽温度？答案：例 45.80.1。按下“恒温把握器”的电源开关，左下角的红色按钮左侧窗口显示的是当前恒温槽中的水温 按“把握器”上的“箭头”按钮进展调温至右侧窗口设置试验温度区，十位数闪耀，通过按“”“”按钮使十位数为“4”再按“箭头 ”按钮，至个位数闪耀，数字为“5”连续按“箭头”按钮，至小数点后第一位数闪耀，数字为“8”连续按“箭头”按钮，至左侧窗口的“工作”灯亮，表示恒温槽开

22、头工作按“把握器”上的“回差”按钮，至 0.1将“玻璃恒温水浴”上的“加热器” 上的 “开，关”按钮至“开”档 “强，弱”按钮至“强”档将“玻璃恒温水浴”上的“水搅拌”上的 “开，关”按钮至“开”档 “快，慢”按钮至“慢”档设置完毕，设置的温度为 45.80.1。18、SDC-A 型电位差计测定电动势过程中如何修正？答案：0依据室温按公式 ES=1.0183-4.0610-5(t-20),计算标准电池在该室温下的 ES。1） 、将“测量选择”旋钮置于“外标”。2） 、将电动势的标准电池按“+”“”极性与“外标插孔”连接。3） 、调整“100-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示

23、的数值与外 标电池数值一样。4） 、待“检零指示”数值稳定后，调整调零旋钮，使“检零指示”显示为“0000”。19、如何使用甘汞电极，使用时要留意什么问题？ 答案：1、使用时要把电极下面的塞取下。2） 、使用时要用蒸馏水冲洗电极下方，用滤纸擦干。3） 、使用前要观看甘汞电极玻璃管是否还有液体，假设没了要重加液或换一根的 。20、如何防止电极极化？答案：电路中假设有电流通过就会产生极化现象，在测量过程中始终通电，因此测量的速度 要快，这样测出的数据才准，假设测量的时间越长，则电极极化现象越严峻，不测量时电钳要松开。21. 本试验可否使用 KCl 盐桥？为什么试验中不能用自来水淋洗盐桥？答案：本试

24、验不能使用 KCl 盐桥，选用盐桥的首要条件是盐桥不与溶液反响，溶液中含有 Ag+，会于 Cl-反响沉淀。试验中不能用自来水淋洗盐桥，制备盐桥的首要条件是盐桥中正，负离子迁移速率相近，自来水中含有Ca2+,Mg2+等离子，用其冲洗盐桥，会使盐桥正，负离子迁移相近的条件受到破坏，从而给本试验的测定带来误差。22. 为什么不能用伏特计直接测定电池电动势？答案：电池电动势的测定必需在电流接近于零的条件下进展，假设用伏特表直接测定，虽然伏特计的内阻格外大，远远大于电池电阻，但用伏特计测定时其电流远大于零，消耗在电池内阻上的电流是不行无视的。即使说试验误差偏大，所得试验值与真实值偏大。23. 长时间按下按钮接通测量线路，对标准电池电动势的标准性以及待测电池电动势的测量有无影响？答案：标准电池是高度可逆电池，其工作条件是通过的电流无限大，长时间按下按钮接通测量线路，在电流非无限的条件，会破坏标准电池的可逆性。标准电池作为标准，受到破坏后，其电动势就变了，再以 EX/EN=Ac/Ac 公式计算时， 其 EN 还用原值，从而待测电动势的测量就不准确。