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实验指导
实验八 原电池电动的测定
实验八    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。
二.实验原理:
电池的书写习惯是左方为负极,右方为正极。负极进行氧化反应,正极进行还原反应。如果电池反应是自发的,则电池电动势为正。符号“|”表示两相界面,“||”表示盐桥。
例如用电动势法求AgCl的Ksp。则需设计成如下电池:
-Ag(固)|AgCl(固)|KCl(0.1mol.L-1)||AgNO3(0.01mol.L-1)|Ag(固)+
电池的电极反应为
负极    Ag+Cl-(0.1mol.L-1)→AgCl +e      E=E0-RT/F×ln1/aCl-
正极   Ag +(0.01mol.L-1)+e→AgCl        E=E0-RT/Fln1/aAg+
                                                                     
电池反应  Ag +(0.01mol.L-1)+ Cl-(0.1mol.L-1)→AgCl   
E=E0-RT/F*ln1/ aAg+.aCl-
因为   △G0=-nE0F=-RTln1/Ksp,
 所以  lgKsp=lg aAg++lg aCl-EF/2.303RT,
只要测得该电池的电动势,就可通过上式求得AgCl的Ksp。
又如:通过电动势的测定,求未知溶液的pH,可设计如下电池:
-Hg(液)|Hg2Cl2(固)|KCl(饱和)|| 饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt+
正极反应    C6H4O2+2H++2e→C6H4(0H)2
电极电势: E=E0醌氢醌-RT/2Flna氢醌/a.a2H+=E0醌氢醌-2.30RT/F*pH
因为      E=E-E=E0醌氢醌-2.30RT/F*pH-E甘汞
所以   pH=(E0醌氢醌-E-E甘汞)/(2.303RT/F)
只要测得电动势,就可通过上式求得未知溶液的pH值。
 
三.电池组成图:
 
四.仪器及试剂
仪器:EM-3C型数字电位差计,甘汞电极,氯化银电极,铂电极,银电极,标准电池,50mL烧杯5个;10mL移液管2支;洗瓶1个。
试剂:饱和KNO3盐桥;0.01mol.L-1AgNO3;0. 1mol.L-1KCl;饱和KCl溶液;氢醌固体粉末;0.2mol.L-1HOAc;0.2mol.L-1NaOAc;未知溶液。
 
五.实验步骤:
本实验测定下列电池的电动势:
(1)-Hg(液)|Hg2Cl2(固)|KCl(饱和)||AgNO3(0.01mol.L-1)|Ag(固)+
(2)-Ag(固)|AgCl(固)|KCl(0.01mol.L-1)||AgNO3(0.01mol.L-1)|Ag(固)+
(3)-Hg(液)|Hg2Cl2(固)|KCl(饱和)||H(0.1mol.L-1 HOAc+0.1mol.L-1 NaAcO)Q.QH2|Pt+
(4)-Hg(液)|Hg2Cl2(固)|KCl(饱和)|| 未知样品Q.QH2|Pt+
 
1. 按室温计算各电池电动势值。(注:预习时算好)
2. 插上数字电位差计的电源插座,打开电源开关预热5分钟。将右侧功能选择开关置于测量档。
3. 测定实验时的室温,计算该温度下的标准电池电动势值,计算公式如下:Et=[1.0186-4.06×10-5(t℃-20)-9.5×10-7(t℃-20)2]V,t—实验温度,℃,。
4. 分别用红(“+”极)、黑(“-”极)测量线的一端插入数字电位差计的外标线路相对应的“+”极与“-”极,其另一端与标准电池的“+”极与“-”极相连接,将数字电位差计“功能选择”开关打到“外标”,依次调节电位器开关“X1000mV、X100mV、X10mV、X1mV、X0.1mV到Et值,旋转X0.01mV电位器,使电动势指示的值与Et完全相符,且平衡指示为0.0000止,若不为零,则按校准开关。
5. 测量:将测量电池的正、负电极分别与数字电位差计的测量线路“+”极、“-”极连接,将面板右侧的“功能选择”开关拨至“测量”位置 ,依次调节电位器开关“X1000mV、X100mV、X10mV、X1mV、X0.1mV到理论计算值,旋转X0.01mV电位器,使平衡指示为0.0000止,读出电动势指示值,即为所测电池的电动势。
6. 将甘汞电极插入装有饱和KCl溶液的盐桥中;另取一个干净的100ml烧杯用数毫升0.01 mol.L-1AgNO3溶液连同银电极一起淌洗,然后装0.01mol.L-1AgNO3溶液20毫升,插入银电极,用KNO3盐桥与甘汞电极连接构成电池,电池与数字电位差计相连接,注意电极的极性。按步骤“5”进行测量,记下测量值。按下数字电位差计的黄色断开按钮,再进行重复测量,取两次测量的平均值。测定完毕,电池(1)的溶液不要倒掉。
7. 用浸在0.1 mol.L-1 KCl溶液中的AgCl电极代替甘汞电极作参考电极,用它与Ag电极连成电池(2),再按上法测其电动势。
8. 用移液管移取10ml0.2mol.L-1 HOAc及10ml0.2mol.L-1 NaOAc溶液于洗净的小烧杯中,再于其中加入少量醌氢醌粉末,摇动使之溶解,但仍保持溶液中含少量固体。然后插入铂电极,负极用步骤“6”的甘汞电极和盐桥,连接构成电池(3),测其电动势。最后按相同的方法,测未知溶液的PH值。
9. 测定完毕后,保留饱和KCl溶液及AgCl电极的溶液,将AgCl电极浸入0.1 mol.L-1 KCl溶液的广口瓶中保存。倒去硝酸银及醋酸溶液。洗净广口瓶,装入蒸馏水,将Pt电极和Ag电极插入其中,盐桥两端淋洗后,浸入硝酸钾溶液中保存,甘汞电极清洗后套上电极保护套,装入电极盒内。
10.  实验完毕,清洗仪器,电位器复零,关闭电源开关,拔下电源插座,整理好电源连接线和标准电池,合上数字电位差计仪器盖,整理实验室。
 
六.注意事项
1.数字电位差计要预热15min。
2.盐桥使用时要注意不要污染,认准一端装氯化物,用后要及时清洗,并在饱和硝酸钾溶液中保存。
3.硝酸银溶液用后要回收到指定的容器中。
4.电池电动势测定时不要长时间通电,当稳定后马上读数,然后按下断开开关。
 
 
七.数据处理
1.计算室温下1,2,3号电池的电动势及缓冲溶液PH值。
 表8-1                                                                                      室温        ℃,  Et=        V
     测定值
编号
1(V)
2(V)
平均值(V)
理论值(V)
误差
1
 
 
 
 
 
2
 
 
 
 
 
3
 
 
 
 
 
4
 
 
 
 
 
 
2.利用电池2的测定结果计算氯化银的溶度积。
3.计算未知溶液PH值。
4.计算测定值与理论值之间的误差,讨论其误差来源。
 
 
 
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