实验二原电池电动势的测定及应用精品文稿.ppt

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1、实验二原电池电动势的测定及应用第1 页，本讲稿共28 页一、实验目的(1)掌握对消法测量电池电动势的原理。(2)学习一些电极和盐桥的制备和处理方法。(3)熟悉电位差计的使用方法。（4）通过原电池电动势的测定求算热力学函数。第2 页，本讲稿共28 页 原电池是将化学能转变为电能的装置，它是由两个“半电池”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，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.二、实验原理 第3 页，本讲稿共28 页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

2、势为，则：式中:E 电池的电动势,单位为V。、分别为正、负电极的电极电势，单位V。第4 页，本讲稿共28 页 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、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。第5 页，本讲稿共28 页对消法测量原电池电动势的原理示意图 第

3、6 页，本讲稿共28 页 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，本讲稿共28 页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 1.求银电极的标准电极电势第8 页，本讲稿共28 页 2.用电动势法求AgCl的Ksp Ag(s)|AgCl(s)KCl(m1)|AgNO3(m2)|

4、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，本讲稿共28 页又因为 GQ=nFEQ=(该反应n=1)，EQ=第10 页，本讲稿共28 页第11 页，本讲稿共28 页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.测定溶液的pH值第12 页，本讲稿共28 页 若用饱和甘汞电极作参比电极，当溶液的pH7 7 时

5、，醌氢醌电极为负极)第13 页，本讲稿共28 页 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，本讲稿共28 页三、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，本讲稿共28 页四、实验步骤1.盐桥的制备 称40g KNO3溶液100g 蒸馏水中

6、，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，本讲稿共28 页2.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，本讲稿共28 页SDC-型综合数字电位差测试仪（操作面板）第18 页，本讲稿共28 页3.数字式电位差计的校正与测定 插上电源，打开仪器开关

7、，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，本讲稿共28 页 Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和)AgNO3(0.1 molL-1)Ag(s)Ag(s)+AgCl(s)KCl(饱和)AgNO3(0.1 molL-1)Ag(s)Hg(l)+Hg2Cl2(s)KCl(饱和)饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(

8、s)4测定下列各电池在室温下的电动势 第20 页，本讲稿共28 页(1)(2)(3)插入盐桥银|氯化银电极插入装有30mL饱和KCl溶液的50mL烧杯中银电极插入装有30mL 0.1molL-1AgNO3 溶液的50mL烧杯中铂电极插入装有30mL 饱和有醌氢醌的未知pH溶液的50mL烧杯中插入盐桥插入盐桥饱和甘汞电极插入装有30mL饱和KCl溶液的50mL烧杯中饱和甘汞电极插入装有30mL饱和KCl溶液的50mL烧杯中银电极插入装有30mL 0.1molL-1AgNO3 溶液的50mL烧杯中0.1 molL-1 AgNO30.1 molL-1 AgNO3饱和有醌氢醌的未知pH溶液第21 页，

9、本讲稿共28 页5.实验整理 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。将仪器电源关闭，并将各仪器复原，仪器摆放整齐。第22 页，本讲稿共28 页室温：大气压：kPa被测电池 电池电动势V第一次 第二次 平均值五、数据记录与处理表1 电池电动势测量数据第23 页，本讲稿共28 页 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|

10、Pt(s)求溶液的pH 值。数据处理：第24 页，本讲稿共28 页六、注意事项(1)连接仪器与待测电池时，正负极不要接反。(2)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。(3)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。第25 页，本讲稿共28 页七、问题讨论（1）为什么不能用伏特计测量电池的电动势?（2）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥?第26 页，本讲稿共28 页（1）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。参考答案第27 页，本讲稿共28 页 答：盐桥是一个隔开半电池的液体部分而维持电的(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。（2）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥?第28 页，本讲稿共28 页