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数字式电子电位差计
产品型号:EM-3C
产品编号:04
 产品详细介绍:

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+/AgZnZn2+|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151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,电极电势的绝对值至今还无法测定,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)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  http://www.xiaoshuo11.com/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  01.99999V     EM-3D  0~±1.999999
2
、精  : 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);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-1znS040.1000mol/kg-1AgCl0.1000mol/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35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,用过的滤纸应投入指定的容器中,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:

Zn|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+ZnAg+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,bC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官方网站

 


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