电动势测定实验-实验报告-所用仪器南大万和EM-3C数字式电子电位差计

产品型号：EM-3C

产品编号：EM-3C

实验15   电动势的测定

一、实验目的

    1．掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。

    2．了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。

    3．测定岭Ag⁺/Ag、Zn／Zn²⁺|电极电势和Ag浓差电池电动势。

二、实验原理

1．对消法测电动势的原理   

电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计联接后有电流通过，就会在电极上发生电极极化，结果使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。测量电池电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需用对消法(又叫补偿法)来测定电动势。对消法的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。对消法测电动势常用的仪器为电位差计，其简单原理如图15—1所示。电位差计由三个回路组成：工作电流回路、标准回路和测量回路。

    (1)工作电流回路

   图为均匀沿线电阻，通过可变电阻及与上作电源万构成回路，其作用是调节可变电阻R，使流过回路的电流成为某一定值。这样AB上有一定的电位降低产生，工作电源E可用蓄电池或稳压电源，其输出电压必须大于待测电池的电动势。

   （2）标准回路

S为电动势精确已知的标准电池，C是可在AB上移动的接触点，K是双向开关，KC间有一灵敏度很高的检流计G，当K扳向S一方时，AC1GS回路的作用时校准工作回路的以确定AB上的电位降。如标准电池S的电动势为1.01865伏，则先将C点移动到AB上标记1.01865伏的C1处，迅速调节R直至G中无电流通过。这时S的电动势与AC1之间的电位降与AC1间的电位降大小相等、方向相反而对消。

    （3）测量回路

当双向开关K换向X的一方时，用AC2GX回路根据校正好的AB上的电位降来测量未知电池的电动势。在保证校准工作电流不变的情况下，在AB上迅速移动到C2点，使G中无电流通过，这时X的电动势与AC1间的电位的电位降大小相等，方向相反而对消，于是C2点所标记的电位降为X的电动势。由于使用过程中电流的电压会有所变化，要求每次测量前均重新校准工作回路的电流。

2．电极电势的测定原理

电池使由2个半电池组成的。电池电动势是两电极的代数和。当电势都以还原电势表示时，

以丹尼尔电池为例：Zn|Zn²⁺(a₁)||Cu²⁺(a₂)|Cu

负极反应：Zn→Zn²⁺+2e^-

正极反应：Cu²⁺+2e^-→Cu

电池反应：Zn+Cu²⁺→Cu+Zn²⁺

在电化学中，电极电势的值至今还无法测定，而是以某一电极的电极电势作为零，然后将其它的电极与它组成电池，规定该电池的电动势为该被测电极的电极电势。通常将标准氢电极(即氢气为101325Pa下的理想气体、溶液中“(H’)为1)的电极电势规定为零。由于氢电极制备及使用不方便等缺点，一般常用另外一些制备工艺简单、易于复制、电势稳定的电极作为参比电极来代替氢电极。常用的有甘汞电极和氯化银电极等，这些电极与标准氢电极比较而得到的电势已精确测定。本实验要求制备锌电极、银电极，然后用饱和甘汞电极作参比电核，测量达两个电极的电极电势、测量银浓差电池的电动势。

三、仪器与药品   详见   /product_view.asp?id=74

仪器生产厂家：南大万和

配置：EM-2B,EM-3C,EM-3D 数字式电子电位差计，韦斯顿标准电池（或SU-1A精密稳压电源）银电极，铂电极，饱和甘汞电极，盐桥玻璃管，H型电池。

技术参数：
1、测量范围: EM-2B ，EM-3C   0～1.99999V     EM-3D   0～±1.999999
2、精   度: 0.005%F·S
3、分 辨 率: EM-2B ，EM-3C   0.01mV    EM-3D   0.001mV

精密电位差计(包括直流稳压电源、分流器、补偿电位计；标准电池、捡流计各1台)；半电油管3个；饱和甘汞电极1只、锌电极1只；银电极2只；15创小烧杯5个。

    0.1000mol/kg^-1znS04、0.1000mol/kg^-1AgCl，0.1000mol/kg^-1KCl、饱和KCl盐桥、饱和KNO3盐桥、饱和硝酸亚汞溶液。

四、实验步骤

1．电极制备

(1)锌电极

用抛光砂纸将锌电极表面打磨光滑，然后用自来水冲洗，用滤纸擦干，再浸入饱和硝酸亚汞溶液中3—5秒，取出后用滤纸擦拭锌电极，使锌电极表面有一层均匀的汞齐，再用蒸馏水洗净(注意：汞盐有毒，用过的滤纸应投入的容器中，容器中应有水淹没滤纸，切勿随便乱丢)。

(2)银电极

    把两根银电极用抛光砂纸轻轻擦亮，再用蒸馏水洗净擦干。把处理好的两根吨电极浸入AgN岛溶液中，测量其间的电动势值。两根电极间的电位差小于0.005伏方可在浓差电池中使用，否则，需重新处理电极或重新挑选电极。

2．半电池的制作

    (1)Zn|ZnSO₄(0.1000mol/kg^-1)半电池的制作

    如图15-2安装半电池。用洗耳球从支管D处将0.1000mol/kg^-1ZnSO₄溶液慢慢吸入半电池管少许，洗涤两次后，吸入适量溶液，立即把D处夹紧。然后取出半电池，检查管内有无气泡以及溶液是否从管内流出。

    (2)Ag|AgNO₃：(0.1000mol/kg^-1)半电池的制作:

    制作方法同(1)。

    (3)Ag|Ag⁺(b)KCl(0.1000mol/kg^-1)半电池的制作:

在干净的小烧杯中加入0.1000mol/kg^-1 KCl溶液，再加入—滴0.1000mol/kg^-1AgNO₃溶液，搅拌均匀，呈白色混浊溶液。特此溶液吸入插有银电极的半电池管内，将D处夹紧，检查有无漏气。

    3．电动势的测定

    (1)参看本书第二部分仪器8，弄懂电位差计的使用方法，并接好测量线路。

    (2)按室温下的标准电池的电动势值(见本书第二部分仪器7)，对电位差计的工作电流进行标定。

(3)选择合适的盐桥，然后分别测量下列各电池的电动势值：

①Zn|ZnSO₄(0.1000mol/kg^-1)|饱和甘汞电极

⑧饱和甘汞电极|AgNO3(0.1000mol/kg^-1)|Ag

⑧银浓差电池电动势

Ag|Ag⁺(b)KCl(0.1000mol/kg^-1)|AgNO₃(0.1000mol/kg^-1)|Ag

五、关键操作及注意事项

    1．半电池管和小烧杯必须清洗干净，实验前先检查半电池管是否漏气。

    2．制作半电池以及将半电池插入盐桥时，注意不要进入气泡。

    3，AgNO₃：废液必须倒入回收瓶中。

六、数据处理

   1．计算室沮下饱和甘汞电极的电极电势，校正公式见本书第二部分仪器7。

   2．根据所测电池电动势的实验值E实分别计算Zn⁺／Zn和Ag⁺／Ag的电极电势(实验值)。

   3．从附表中查出25℃下锌电极和银电极的标准电极电势及其湿度系数以及活度系数，由此计算室温下锌、银的电极电势，并与2的实验值进行比较，求出相对误差。

   4．根据所测得的银浓差电池电动势置，通过下述(4)、(5)式计算AgCl的溶度积。

对于稀薄水溶液，b与C在数值上相等，所以溶度积可表示为

七、思考与讨论

    1．对消法测定电池电动势的原理是什么?

    2．盐桥的选择原则和作用是什么?

    3．在测量过程中，若检流计光点总是往一个方向偏转，可能是什么原因？

    4．标准电池的构造以及使用时应注意什么?

   参考文献：南京大学出版社   物理化学实验   复旦大学物化实验教材   山东大学物化实验教材   南京南大万和科技有限公司网站