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_左=E⁰_左-RT/F×ln1/a_Cl^-

正极   Ag ⁺(0.01mol.L^-1)+e→AgCl        E_右=E⁰_右-RT/Fln1/a_Ag⁺

电池反应  Ag ⁺(0.01mol.L^-1)+ Cl^-(0.1mol.L^-1)→AgCl   

E=E⁰-RT/F*ln1/ a_Ag⁺.a_Cl^-

因为   △G⁰＝-nE⁰F=-RTln1/Ksp，

 所以  lgKsp=lg a_Ag⁺+lg a_Cl-^—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_右=E⁰_醌氢醌-RT/2Flna_氢醌/a_醌.a²_H+=E⁰_醌氢醌-2.30RT/F*pH

因为      E=E_右-E_左＝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

 

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。