1、1/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用实验实验81 81 原电池电动势的测定及应用原电池电动势的测定及应用81.1 81.1 实验目的实验目的 (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)学习一些电极的制备和处理方法。学习一些电极的制备和处理方法。(3)(3)熟悉电位差计的使用方法。熟悉电位差计的使用方法。2/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用 原电池是将化学能转变为电能的装置，它是由两个原电
2、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解质溶液。电池在放组成。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。当电极电势均以还原电势表示时，若正极的的电极电势的代数和。当电极电势均以还原电势表示时，若正极的电极电势为电极电势为 ，负极的电极电势为，负极的电极电势为 ，则：，则：式中式中
3、:E E 电池的电动势电池的电动势,单位为伏（单位为伏（V V）。）。、分别为正、负电极的电极电势，单位为伏分别为正、负电极的电极电势，单位为伏(V)(V)。以以Cu-Zn Cu-Zn 电池为例：电池为例：Zn Zn（s s）ZnZn2+2+()Cu()Cu2+2+()()CuCu（s s）负极氧化负极氧化 Zn ZnZn Zn2+2+2e+2e 正极还原正极还原 CuCu2+2+2e Cu+2e Cu 电池反应电池反应 Zn+CuZn+Cu2+2+Zn Zn2+2+Cu+Cu 81.2 81.2 实验原理实验原理 E1a2a3/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术
4、术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用 Zn Zn的电极电势的电极电势 =-=-Cu Cu的电极电势的电极电势 =-=-根据能斯特方程，根据能斯特方程，Cu-ZnCu-Zn电池的电动势为电池的电动势为:E E=式中式中:、分别为锌电极、铜电极的标准电分别为锌电极、铜电极的标准电 极电势。极电势。、分别为电解质分别为电解质(ZnSO(ZnSO4 4 、CuSOCuSO4 4)的平的平 均活度。均活度。2ZnZn2ZnZn21ln2ZnRTFa2CuCu2CuCu21ln2CuRTFa2222()ln2ZnCuCuZnZnCuaRTFa2ZnZn2CuCu2Zna2Cua4/17在线答
5、疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用 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
6、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。电位差计是根据对消法原理设计的，用于测量电动势的仪电位差计是根据对消法原理设计的，用于测量电动势的仪器。对消法测量电动势就是在待测电池上并联一个大小相等、器。对消法测量电动势就是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电位差。当待测电池中
7、没有电流通过时，外加方向相反的外加电位差。当待测电池中没有电流通过时，外加电位差的大小即等于待测电池的电动势。电位差的大小即等于待测电池的电动势。5/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用81.3 81.3 实验步骤实验步骤1 1先计算下列各电池在室温下的电动势先计算下列各电池在室温下的电动势 Hg(l),HgHg(l),Hg2 2ClCl2 2(s)KCl(s)KCl(饱和饱和)AgNO)AgNO3 3(0.01 mol(0.01 molL L-1-1)Ag(s)Ag(s)Ag(s)AgNO Ag(s)AgNO3 3
8、(0.001 mol(0.001 molL L-1-1)AgNO)AgNO3 3(0.01 mol(0.01 molL L-1-1)Ag(s)Ag(s)Zn(s)ZnSO Zn(s)ZnSO4 4(0.1 mol(0.1 molL L-1-1)KCl()KCl(饱和饱和)Hg)Hg2 2ClCl2 2(s),Hg(l)(s),Hg(l)Hg(l),Hg Hg(l),Hg2 2ClCl2 2(s)KCl(s)KCl(饱和饱和)CuSO)CuSO4 4(0.1 mol(0.1 molL L-1-1)Cu(s)Cu(s)2.2.连接电位差计连接电位差计 按照电位差计（以按照电位差计（以UJ-25UJ
9、-25型电位差计为例）接线图，分别将检型电位差计为例）接线图，分别将检流计、直流稳压电源和饱和标准电池接在电位差计相应的端钮上，流计、直流稳压电源和饱和标准电池接在电位差计相应的端钮上，连接好。调整检流计指针（或光点）正对连接好。调整检流计指针（或光点）正对“零零”位。位。3.3.电极的制备和电池的组合电极的制备和电池的组合 锌电极、铜电极的处理：锌电极、铜电极的处理：(a)(a)将锌棒将锌棒(片片)在稀硫酸中浸洗除去在稀硫酸中浸洗除去表面上的氧化层，再依次用水、蒸馏水洗，用滤纸吸干水备用。表面上的氧化层，再依次用水、蒸馏水洗，用滤纸吸干水备用。(b)(b)铜棒铜棒(片片)浸入稀硝酸中浸洗，再
10、依次用水、蒸馏水洗，用滤浸入稀硝酸中浸洗，再依次用水、蒸馏水洗，用滤纸吸干水备用。纸吸干水备用。6/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用(1)(2)(3)插插入入盐盐桥桥银电极插入装有银电极插入装有20mL 0.001molL-1AgNO3 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20mL 0.01molL-1AgNO3 溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中锌电极插入装有锌电极插入装有20mL 0.1molL-1ZnSO4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
11、装有饱和甘汞电极插入装有20mL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20mL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20mL 0.01molL-1AgNO3 溶液的溶液的50mL烧杯中烧杯中0.01 molL-1 AgNO30.01 molL-1 AgNO30.001 molL-1 AgNO30.1 molL-1 ZnSO47/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用(4)(4)4.4.测量电池的电动势测量电池的电动势 (1)(1)标定工
12、作电流标定工作电流 检查检流计、直流稳压电源检查检流计、直流稳压电源(或干电池或干电池)和饱和标准电池与电位和饱和标准电池与电位差计都连接好后，调节标准电池电动势温度补偿旋钮，使其读数值差计都连接好后，调节标准电池电动势温度补偿旋钮，使其读数值与实验温度下饱和标准电池电动势值一致。将转换开关扭到与实验温度下饱和标准电池电动势值一致。将转换开关扭到“N N”位位置上，轻按下置上，轻按下 “粗粗”电计按钮，按照电计按钮，按照“粗粗”、“中中”、“细细”的次的次序，依此转动工作电流调节旋钮，使检流计指针序，依此转动工作电流调节旋钮，使检流计指针(或光点或光点)正对正对“零零”位；松开位；松开“粗粗”
13、按钮，然后轻按下按钮，然后轻按下“细细”按钮，再调工作电流调节按钮，再调工作电流调节旋钮，使检流计示零，此时电位差计工作电流标定完毕，松开旋钮，使检流计示零，此时电位差计工作电流标定完毕，松开“细细”按钮。按钮。饱和甘汞电极插入装有饱和甘汞电极插入装有20 mL饱和饱和KCl溶液的溶液的50 mL烧杯中烧杯中铜电极插入装有铜电极插入装有20 mL 0.1molL-1CuSO4溶液的溶液的50 mL烧杯中烧杯中插插入入盐盐桥桥0.1 molL-1 CuSO48/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用(2)(2)测量测量
14、将制备好的待测电池的正、负极连接在电位差计待测电池将制备好的待测电池的正、负极连接在电位差计待测电池端钮上。将转换开关扭到端钮上。将转换开关扭到“X X”位置上，先把电位差计上测量旋钮位置上，先把电位差计上测量旋钮中前两个十进盘的示数值调整到电池的计算值，再轻按下中前两个十进盘的示数值调整到电池的计算值，再轻按下“粗粗”电计按钮，按从大到小的顺序调其他测量旋钮，使检流计示零；电计按钮，按从大到小的顺序调其他测量旋钮，使检流计示零；松开松开“粗粗”按钮，然后在按钮，然后在“细细”按钮按下时调至检流计示零；松按钮按下时调至检流计示零；松开开“细细”按钮。这时，六个测量旋钮读数窗孔所显示的数字总和，
15、按钮。这时，六个测量旋钮读数窗孔所显示的数字总和，即是被测电池的电动势值。按照标定工作电流即是被测电池的电动势值。按照标定工作电流测量测量再标定再标定再测量的顺序重复测量两次。测量过程中按下电计按时间应尽量再测量的顺序重复测量两次。测量过程中按下电计按时间应尽量短一些。短一些。按同样方法测其它待测电池的电动势。按同样方法测其它待测电池的电动势。5.5.实验整理实验整理 实验完毕后将盐桥取出，盐桥两端用蒸馏水淋洗干净后，将盐实验完毕后将盐桥取出，盐桥两端用蒸馏水淋洗干净后，将盐桥浸入饱和硝酸钾溶液中保存。各电极洗净擦干保存。将仪器电桥浸入饱和硝酸钾溶液中保存。各电极洗净擦干保存。将仪器电源关闭，
16、并将各仪器复原，检流计短路放置，仪器摆放整齐。源关闭，并将各仪器复原，检流计短路放置，仪器摆放整齐。9/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用图图1 UJ-251 UJ-25型电位差计面型电位差计面板板示意图示意图UJ-25UJ-25型电位差计接线图型电位差计接线图10/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用81.4 81.4 数据记录数据记录 按表按表1记录实验数据。记录实验数据。表表1 电池电动势测量数据电池电动势测量数据 室温：室温：大气
17、压：大气压：kPa电位差计编号：电位差计编号：标准电池温度标准电池温度：实验温度时标准电池实验温度时标准电池 电动势电动势V：被测被测 电动势电动势V 电池电池 第一次第一次 第二次第二次 第三次第三次 平均值平均值 11/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用81.5 81.5 数据处理数据处理 (1)(1)根据能斯特公式，计算室温下电池的电动势，并根据能斯特公式，计算室温下电池的电动势，并与实验值比较。（电解质溶液平均活度系数与实验值比较。（电解质溶液平均活度系数 的数据见表的数据见表1 1。值从。值从课本中查得）
18、课本中查得）(2)(2)根据电池电动势的测量值，计算锌和铜的标准电极电位根据电池电动势的测量值，计算锌和铜的标准电极电位 、，并与计算出的实验温度时锌和铜的标准电极电位，并与计算出的实验温度时锌和铜的标准电极电位相比较，求出相对误差。相比较，求出相对误差。有关电极的标准电极电位与实验温度的关系如下有关电极的标准电极电位与实验温度的关系如下:0.2412 0.2412 6.66.61010-4-4(t t25)(25)(t t为实验温度为实验温度)-0.7628-0.76281.01.01010-4-4(t t25)25)0.3400 0.3400 8.08.01010-6-6(t t25)25
19、)0.7990 0.7990 9.79.71010-4-4(t t25)25)2CuCu2ZnZn饱和甘汞2ZnZn2CuCuAgAg12/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用表表2 2 有关电解质溶液的平均活度系数有关电解质溶液的平均活度系数 电解质溶液电解质溶液 0.01 molL0.01 molL-1-1AgNOAgNO3 3 0.1 molL 0.1 molL-1-1ZnSOZnSO4 4 0.1 molL 0.1 molL-1-1CuSOCuSO4 4 0.90 0.15 0.16 0.90 0.15 0.
20、1613/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用81.6 81.6 注意事项注意事项 (1)(1)测量前要预先计算待测电池电动势，将电位差计上测量前要预先计算待测电池电动势，将电位差计上测量旋钮中前两个旋钮调到此值，以便在测量时能迅速找到测量旋钮中前两个旋钮调到此值，以便在测量时能迅速找到平衡点平衡点(检流计示零检流计示零)，以免电极极化。，以免电极极化。(2)(2)在测量过程中若出现检流计指针在测量过程中若出现检流计指针(或光点或光点)振荡不停振荡不停时，应迅速按下时，应迅速按下“短路短路”按钮，使之较快停于零点，以
21、保护按钮，使之较快停于零点，以保护检流计。检流计。(3)(3)测量时必须先按电位差计上电计测量时必须先按电位差计上电计“粗粗”按钮，调节按钮，调节使检流计示零后，再按使检流计示零后，再按“细细”按钮，进行调节，以免检流计按钮，进行调节，以免检流计指针指针(或光点或光点)振荡过猛而损坏。每次按下电计按钮的时间应振荡过猛而损坏。每次按下电计按钮的时间应尽量短一些，以防止电流通过时改变电极表面的平衡状态。尽量短一些，以防止电流通过时改变电极表面的平衡状态。14/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用 (4)(4)测量过程应按
22、着标定工作电流测量过程应按着标定工作电流测量测量再标再标定定再测量的顺序进行。再测量的顺序进行。(5)(5)盐桥的两端应标好记号，让标负号的一端始终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。与含氯离子的溶液接触。(6)(6)电池的盐桥要专用。电池的盐桥要专用。(7)(7)标准电池要平稳移动，不能倒置或摇动。标准电池要平稳移动，不能倒置或摇动。(8)(8)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。15/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用81.7 81.7 问题讨论
23、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）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥桥?16/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用 （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，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
24、也会有变化。另外，电池本身有内断改变，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，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。的电势差才是电池的电动势。81.8 81.8 参考答案参考答案17/17在线答疑：在线答疑： 大大学学通通用用化化学学实实验验技技术术原原电电池池电电动动势势的的测测定定及及应应用用 答：盐桥是一个隔开半电池的液体部分而维持电答：盐桥是一个隔开半电池的液体部分而维持电的的(离子的离子的)通道的简单装置。盐桥的作用在于消除液通道的简单装置。盐桥的作用在于消除液体接界电势，以保证电池的可逆性。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。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）盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥盐桥?
