大学物理化学实验报告-原电池电动势
的测定
篇1：原电池电动势的测定实验报告_浙江大学 (1) 实验报告 课程名称：大学化学实验p实验类型： 中级化学实验 实验项目名称： 原电池电动势的测定 同组学生姓名：无 指导老师 冷文华
一、实验目的和要求（必填）
二、实验内容和原理（必填）
三、实验材料与试剂（必填）
四、实验器材与仪器（必填）
五、操作方法和实验步骤（必填）
六、实验数据记录和处理
七、实验结果与分析（必填）
八、讨论、心得
一、实验目的和要求 用补偿法测量原电池电动势，并用数学方法分析
二、实验原理： 补偿法测电源电动势的原理： 必须严格控制电流在接近于零的情况下来测定电池的电动势，因为有电流通过电极时，极化作用的存在将无法测得可逆电动势。 为此，可用一个方向相反但数值相同的电动势对抗待测电池的电动势，使电路中没有电流通过，这时测得的两级的电势差就等于该电池的电动势E。 如图所示，电位差计就是根据补偿法原理设计的，它由工作电流回路、标准回路和测量电极回路组成。 ① 工作电流电路：首先调节可变电阻RP，使均匀划线AB上有一定的电势降。 ② 标准回路：将变换开关SW合向Es，对工作电流进行标定。借助调节Rp使得IG=0来实现Es=UCA。 ③ 测量回路：SW扳回Ex，调节电势测量旋钮，直到IG=0。读出Ex。 UJ-25高电势直流电位差计：
1、转换开关旋钮：相当于上图中SW，指在N处，即SW接通EN，指在X1，即接通未知电池EX。
2、电计按钮：原理图中的K。
3、工作电流调节旋钮：粗、中、细、微旋钮相当于原理图中的可变电阻RP。 -1-2-3-4-5-6
4、电势测量旋钮：中间6只旋钮，×10，×10，×10，×10，×10，×10，被测电动势由此 示出。
三、仪器与试剂： 仪器：电位差计一台，惠斯登标准电池一只，工作电源，饱和甘汞电池一支，银—氯化银电极一支，100mL容量瓶5个，50mL滴定管一支，恒温槽一套，饱和氯化钾盐桥。 -1 试剂：0.200mol·LKCl溶液
四、实验步骤：
1、配制溶液。 -1-1-1-1 将0.200 mol·L的KCl溶液分别稀释成0.0100 mol·L，0.0300 mol·L，0.0500 mol·L，0.0700 -1-1 mol·L，0.0900 mol·L各100mL。
2、根据补偿法原理连接电路，恒温槽恒温至25℃。
3、将转换开关拨至N处，调节工作电流调节旋钮粗。中、细，依次按下电计旋钮粗、细，直至检流计 示数为零。
4、连好待测电池，Hg |Hg2Cl2，KCl（饱和）‖KCl（c）|AgCl |Ag
5、将转换开关拨至X1位置，从大到小旋转测量旋钮，按下电计按钮，直至检流计示数为零为止，6个 小窗口的读数即为待测电极的电动势。 -1-1-1-1
6、改变电极中c依次为0.0100 mol·L，0.0300 mol·L，0.0500 mol·L，0.0700 mol·L，0.0900 -1 mol·L，测各不同浓度下的电极电势Ex。
五、实验数据记录和处理 室温15.3℃；大气压102.63KPa;EN=1.018791233V 饱和甘汞电极的电极电势与温度的关系为 E/V=0.2415-7.6*10ˉ?（t/℃-25）=0.2341V 0.01000.03000.05000.0700浓度/mol·Lˉ1 电动势/V E(Clˉ|AgCl) lg?Clˉ 0.09730.3314 -2.0000 0.07690.3110
-1.5229
0.06580.29999
-1.3010 0.05930.2934 -1.1549 0.09000.05320.2873 -1.0458 由外推法可知：?(Clˉ|AgCl)=0.24V 查得文献值E(Cl|AgCl)=0.2221V 相对偏差Er=((0.24-0.2221)/0.2221)×100％=8％
六、实验结果与分析 R2=0.9984，可见本次实验线性拟合较好。 误差分析：补偿法必须使回路中电流为零，但是电流为零是理想条件，实际过程中难免会有电流通过（调节过程中），所以原电池或多或少会有极化现象，因此存在误差。 所以我们测电压时要动作迅速，时间久了误差会变大。检流计只需要基本不偏转即可。 Θ -1 篇2：物理化学实验报告电动势的测定与应用 实验十七：电动势的测定与应用 班级：13级化学二班
学号：20135051209姓名：郑润田 一：实验目的 1.掌握对消法测定电池电动势的的原理及电位差计的使用 2.学会银电极、银—氯化银电极的自制备和盐桥的制备 3.了解可逆电池电动势的应用 二：实验原理 原电池是由两个“半电池”组成，每一个半电池中有一个电极和相应的溶液组成。由不同的半电池可以组成各式各样的原电池。电池反应中，正极起还原作用，负极起氧化作用，而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半电池的电极电位代数和。若知道一个半电池的电极电位，即可求得其他半电池的电极电位。但迄今还不能从实验上测得单个半电池的电极电位。在电化学中，电极电位是以某一电极为标准而求出其他电极的相对值，现在国际上采用的标准电极是标准氢电极，记在ΑH+=1，PH2=1atm时被氢吸附的铂电极。由于氢电极使用比较麻烦，因此通常把具有稳定电位的电极，如甘汞电极，银—氯化银电极等作为第二参比电极。 通过对电池电动势的测定，可以求出某些反应的ΔH,ΔS,ΔG等热力学函数，电解质的平均活动系数，难溶盐的溶度积和溶液的pH等数值。但用电动势的方法求如上的数据，必须是设计成一个可逆的电池，而该电池反应就是所求的反应。 例如用电动势求AgCl的Ksp，需要设计如下的电池。 Hg-Hg2Cl2 | KCl( 饱和 ) | | AgNO3 (0.100 mol/L) | Ag 根据电极电位的能斯特公式，银电极的电极电位： -负极反应：Hg + Cl-（饱和）??? 1/2Hg2Cl2 + e 正极反应：Ag+ + e- ??? Ag 总反应：Hg + Cl-（饱和）+ Ag+ ???1/2Hg2Cl2 + Ag 根据电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位： φAg/Ag+ = φθAg/Ag+ + 0.05916V lgɑAg+ 其中 φθ Ag/Ag+ = 0.799 - 0.00097（t-25） 又例如通过电动势的测定，求溶液的pH，可设计如下电池： Hg -Hg2Cl2 | KCl( 饱和 ) | | 饱和有醌氢醌的未知pH溶液 |Pt 醌氢醌是一种暗褐色晶体，在水中溶解度很小，在水溶液中依下式部分溶解。 C6H4O2·C6H4(OH)2（醌氢醌）== C6H4O2(醌)+C6H4(OH)2(氢醌) 在酸性溶液中，对苯二酚解离度极小，因此醌与对苯二酚的活度可以认为相同，即 α醌=α氢醌。 醌氢醌电极的制备很简单，只需待测pH值溶液以醌氢醌饱和，浸入惰性电极（铂电极）中即可。醌氢醌电极作为还原电极时，电极反应是 C6H4O2（醌）+2H+ +2e- →C6H4(OH）2（氢醌） 其电动势为：φ醌氢醌 =φθ醌氢醌 –RT/F·ln 1/αH+ =φθ醌氢醌 -2.303RT/F ·pH 通过实验测得电池的电动势，就可以计算出溶液的pH值。 用对消法测定原电池电动势 原电池电动势不能能用伏特计直接测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生生极化，结果使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压。采用对消法（又叫补偿法）可在无电流（或 极小电流）通过电池的情况下准确测定电池 的电动势。 对消法原理是在待测电池上并联一个 大小相等、方向相反的外加电势差，这样待 测电池中没有电流通过，外加电势差的大小 即等于待测电池的电动势。 三：仪器与药品 1.仪器 EM—30数字式电子电位差计 1台银电极 1支 铂电极 1个小烧杯 2个 直流辐射式检流计1台饱和甘共电极1支 导线2条盐桥 4根 2.药品 HCl（0.100mol/ml） HCl（1mol/ml） AgNO3（0.100mol/ml） 未知pH溶液 KCl(饱和溶液)醌氢醌 四：实验步骤 本实验测定如下两个电池的电动势 ①Hg-Hg2Cl2 | KCl( 饱和 ) | | AgNO3 (0.100 mol/L) | Ag ②Hg -Hg2Cl2 | KCl( 饱和 ) | | 饱和有醌氢醌的未知pH溶液 |Pt 1.银电极的制备 将铂丝电极放在浓HNO3中浸泡15分钟，取出用蒸馏水冲洗，如表面仍不干净，用细晶相砂纸打磨光亮，再用蒸馏水冲洗干净插入盛0.1 mol·dm-3AgNO3溶液的小烧杯中，按图7－1接好线路，调 节可变电阻，使电流在3mA、直流稳压源电压控制在6V镀 20分钟。取出后用0.1 mol·dm-3的HNO3溶液冲洗，用滤纸 吸干，并迅速放入盛有0.1000mAgNO3＋0.1 mHNO3溶液的半 电池管中(如图7－2） 2.制备盐桥： 为了消除液接电位，必须使用盐桥。参见附录的方法，制备KNO3盐桥和KCl 盐桥。分别放入饱和的KNO3溶液和KCl溶液中待用。 3.测量电池的电动势： 测量可逆电池的电动势不能直接用伏特计来测量。因为电池与伏特计相接后，整个线路便有电流通过，此时电池内部由于存在内电阻而产生某一电位降，并在电池两极发生化学反应，溶液浓度发生变化，电动势数据不稳定。所以要准确测定电池的电动势，只有在电流无限小的情况下进行，所采用的对消法就是根据这个要求设计的。 图7-3为对消法测量电池电动势的原理图。回路是由稳压电源、可变电阻和电位差 过回路的电流为某一定值。在电位差计的滑线电阻上产生确定的电位降， 其
数值由己知电动计组成。稳压电源为工作电源，其输出电压必须大于待测电池的电动势。调节可变电阻使流 (1) 组装电池：将上述制备的银电极与实验室提供的Ag－AgCl｜Cl－ (1.000mKCl)参比电极组成电池，Ag－AgCl｜Cl－(1.000m)║AgNO3(0.1000m)｜ Ag。根据理论计算确定电极电位的高低与电极的正负，将其置于恒温槽中，将自制的KNO3盐桥横插在两半电池管的小口上，注意两半电池管中溶液一定要与盐桥底端相接。 (2) 电池电动势测量：EM—30 数字式电子电位差计 a、①校准零点，功能键选择“外标”位置， “外标”接口短接，电动势档拨到电动势指示为零，按校准按钮，平衡指示即为零。 ②标准电池（或仪器自带基准）接在“外标”位置，将电动势档拨到电动势指示为标准电池的电势值，按校准按钮，平衡指示即为零。 b、测量待测电池的电动势方法： 功能选择拨至“测量”位置，链接待测电池至“测量”，调节电动势拨档直到平衡指示接近于零，稳定时读数为所测电动势
4、测量电池的电动势： （1）连接好电路，根据接线柱的正负极和相对应的颜色，链接时由于测量存在着误差，每次测量需要重新的矫正误差，选择“外标”档位，连接线接入矫正的孔径。进行标准电极的矫正。然后换档位至测量，改变接线柱连接线至测量孔径，把正极接入银电极，负极接入汞—氯化亚汞电极进行测量。这时依次旋动EM—30 数字式电子电位差计按钮使平衡指示的数字显示为零或者零附近上下摆动的数字。这时电动势的指示即为所测得电池电动势的指示。这时测得的读数为499mV。 （2）同样的方法可以测得醌氢醌电极的电动势为这时测得的读数为141mV。 五：数据处理 室温： 25℃大气压：100.33kPa 1.电池（I）测定记录 Hg-Hg2Cl2 | KCl( 饱和 ) | | AgNO3 (0.100 mol/L) | Ag E实际测=0.499V 2.电池（Ⅱ）测定记录 Hg -Hg2Cl2 | KCl( 饱和 ) | | 饱和有醌氢醌的未知pH溶液 |Pt E实际测=0.141V 篇3：华师物化实验-原电池电动势的测定与应用 华 南 师 范 大 学 实 验 报 告 学生姓名：dxh 学号： 专业：化学师范年级、班级：2011级化教六班 课程名称：物理化学实验 实验项目：原电池电动势的测定与应用 指导老师：蔡跃鹏 实验评分： 【实验目的】 1.掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法； 2.掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法； 3.加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解； 4.测定电池（1）的电动势； 5.了解可逆电池电动势测定的应用； 6.根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不同温度下的电动 势值，计算电池反应的热力学函数△G、△S、△H。 【实验原理】 可设计成原电池的化学反应，发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极，发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极，两个半点池组成一个原电池。电池的书写习惯是左方为负极，即阳极，右方为正极，即阴极。符号“|”表示 ”表示，。如电池反应是自发的，则其电动势为正，等于阴极电极电势E?与阳极电极电势E? 之差，即E?E??E? 以铜-锌电池为例。铜-锌电池又称丹尼尔电池（Daniell cell），是一种典型的原电池。此电池可用图示表示如下： ?ZnZnSO4(a1?1mol?kg?1)CuSO4(a2?1mol?kg?1)Cu? 左边为阳极，起氧化反应 ZnZn2?(a1)?2e 其电极电势为 ? E阳?E??E?? RTa(Zn) ln 2Fa(Zn2?) 右边为阴极，起还原反应 Cu2?(a2)?2eCu 其电极电势 ? E阴?E??E?? RTa(Cu) ln2? 2Fa(Cu) 总的电池反应 Zn?Cu2?(a2)Zn2?(a1)?Cu 原电池电动势 RTa(Zn2?)RTa(Zn2?)? =E? E?(E??E?)?lnln2?2? 2Fa(Cu)2Fa(Cu) ? ? ?? E?、E?分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势，a(Zn2?)和a(Cu2?)分 别为 Zn2?和Cu2?的离子活度。 本实验所测定的三个电池为： 1．原电池?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(AgNO3(0.01mol?dm?3)Ag(s)? 阳极电
极
电
势
E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?0.2410?7.6?10?4(t/℃?25) ?阴极电极电势
E??EAg?/Ag?E? Ag?/Ag RT lna(Ag?)F E?/V?0.799?0.00097?(t/℃?25) Ag?/Ag ?原电池电动势 E?E??E??E? Ag?/Ag RT lna(Ag?)?EHg2Cl2(s)/Hg F 2．原电池 ?AgAgCl(s)KCl(0.1mol?dm?3)AgNO3(0.01mol?dm?3)Ag? 阳极电极电势
E??E?AgCl(S)/Ag? RT lna(Cl?) F RT lna(Ag?)
F
RT
lna(Cl?)a(Ag?)
F E?AgCl(S)/Ag/V?0.2221?0.000645?(t/℃?25) ? 阴极电极电势
E??EAg?/Ag?E? Ag?/Ag ??E 原电池电动势 E?E??E??E?AgCl(S)/Ag??
Ag/Ag
??
其
中
0.01mol?kg?1AgNO3的???0.90 0.1mol?kg?1KCl的???0.77 稀水溶液中mol?dm?3浓度可近似取mol?kg?1浓度的数 值。 3.原 电 池 ?Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(饱和) H?(0.1mol?dm?3HAc?0.1mol?dm?3 NaAc),Q?H2QPt? 阳
极
电
极
电
势
E?/V?EHg2Cl2(s)/Hg/V?0.2410?7.6?10?4(t/℃?25) ? 阴极电极电势
E??EQ/H2Q?EQ/H2Q? RT lna(H?) F RT lna(H?)?EHg2Cl2(s)/Hg
F
??4 EQ?25)/H2Q/V?0.6994?7.4?10(t/℃ ?原电池电动势 E?E??E??EQ/H2Q??= EQ/H2Q? 2.303RT PH?EHg2Cl2(s)/Hg F 即 pH? ?EQ/H2Q?EHg2Cl2(s)/Hg?E) (2.303RT/F) 由此可知，只要测出原电池3的电动势，就可计算出待测溶液（HAc和NaAc缓冲溶液）的pH值。 测定可逆原电池的电动势常采用对消法（又称补偿法），其原理和方法在附录
1、
2、3中作了详细的介绍。通过原电池电动势的测定，还可以得到许多有用的数据，如离子活度等。特别是通过测定不同温度下原电池的电动势，得到原电池电动势的温度系数(?ET)p，由此可求出许多热力学函数，如计算相应电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变?rGm??zFE，摩尔反应焓 ?rHm ?E?E ?S?zF()p
等。 及摩尔反应熵??zFE?zF()prm ?T?T 如果电池反应中，反应物和生成物的活度均为1，温度为298.15K，则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准E?(298.15K)、?? ?rGm(298.15K)、和?rSm(298.15K)。 利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势，因此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数?rGm、?rHm、?rSm等比用量热法或化学平衡常数法求得的热力学数据更为准确可靠。原电池设计与制造的难度主要是电极的制备，所以对一些常用电极的制备方法作一些了解还是很有必要的（详见附录5）。 【仪器和药品】 ZD－WC数字电位差计（含附件） 1台 0.01 mol.dm-3 AgNO3溶液 标准电池 甘汞电极（饱和） 银-氯化银电极 光铂电极 银电极 吸耳球 1个 0.1 mol.dm-3 KCl溶液 1支 0.2 mol.dm-3 HAc溶液 1支 0.2 mol.dm-3 NaAc溶液 1支 KNO3盐桥 1个 100 ml烧杯 3个 1个 1支 醌氢醌固体粉末（黑色） 洗瓶 饱和氯化钾溶液 1个 50 ml广口瓶
10 ml移掖管 3个 3支 图11.1 ZD-WC数字电位差计； 左图为全图，右图为操作面板 【实验步骤 】 1.制备盐桥 3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法：在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上表面皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶解。然后加入40g硝酸钾，充分搅拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入干净的U形管中，两端要装满，中间不能有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用。制备好的盐桥不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸。 2.组合电池 将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中。将一个20mL小烧杯洗净后，用数毫升0.02mol/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗，然后装此溶液至烧杯的2/3处，插入银电极，用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池。 3.测定电池的电动势 ①根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）的电动势理论值。 ②正确接好测量电池（I）的线路。电池与电位差计连接时应注意极性。盐桥的两支管应标号，让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。 ③用SDC数字电位差计测量电池（I）的电动势。每隔2min测一次，共测三次。 ④接通恒温槽电源进行恒温，使其分别达到21.5℃25.2℃、30.1℃，温度波动范围要求控制在正负0.2℃之内。把被测电池放入恒温槽中恒温15min，同时将原电池引出线连接到SDC型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接），测定其电动势，每5分钟测1次，直至电位差计读书稳定为止。 ○5然后调节恒温槽，令恒温升温5℃，重复上述操作，然后再升温并进行测定。 ○6测量完毕后，倒去两个小烧杯的溶液，洗净烧杯的溶液。盐桥两端淋洗后，浸入硝酸钾溶液中保存。 【实验记录及数据处理
】
??Ag /Ag ? ?0.799?0.00097(t?25)?0.799?0.00097(26.4?25)?0.7942V ? ?Ag/Ag??Ag?/Ag ? ? RT1 lnFaAg ?0.7893? ? 8.314*299.551 ln?0.6920V 965000.02 ?饱和甘汞?0.2415—0.00065（26.4?25）?0.238V E理论??Ag/Ag?—?饱和甘汞?0.4540V E-T图
