實驗六十七原電池電動勢的測定及其應用_第1頁
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文檔簡介

1、一、實驗目的,(1)掌握電位差計的測量原理和正確使用方法。(2)學會一些電極的制備和處理方法。(3)測定Cu-Zn電池的電動勢和Cu、Zn電極的電極電勢。,二、實驗原理,電池電動勢是通過原電池電流為零(電池反應達平衡)時的電池電勢,用E表示,單位為伏特。由于電動勢的存在,當外接負載時,原電池就可對外輸出電功。,1、電池電動勢的測定,電池與伏特計接通后有電流通過,在電池兩極上會發(fā)生極化現(xiàn)象,使電極偏離平衡狀態(tài)。另外,電池本身有內(nèi)阻,伏

2、特計所量得的僅是不可逆電池的端電壓。 因此電池電動勢不能直接用伏特表來測定。 利用電位差計可在電池無電流(或極小電流)通過時測得其兩極間的電勢差,即為該電池的平衡電動勢。,能否用伏特計來測量E ?,,電位差計是根據(jù)補償法(或稱對消法)測量原理設計的一種平衡式電壓測量儀器。其工作原理是在待測電池上并聯(lián)一個大小相等,方向相反的外加電勢,這樣待測電池中就沒有電流通過,外加電勢差的大小就等于待測電池的電動勢。如圖1所示。,,二、

3、實驗原理,Ew-工作電源;EN-標準電池;EX-待測電池;R-調(diào)節(jié)電阻;RX-待測電池電動勢補償電阻;RN-標準電池電動勢補償電阻;K-轉換電鍵; G-檢流計,,1)校準工作電流IW,,,二、實驗原理,如圖所示,電位差計有工作、標準、測量三條回路。,開關K打向1,預先調(diào)好標準回路中的標準電阻RN,調(diào)節(jié)工作回路的電阻R至檢流計無電流通過,工作電流IW就已被確定。,,,2)測量未知電池電動勢EW,二、實驗原理,開關K打向2,調(diào)

4、節(jié)測量回路的電阻RK至檢流計無電流通過,此時I RK與被測電池電動勢對消。,如圖所示,電位差計有工作、標準、測量三條回路。,電池電動勢 E池 = ?+ - ?-,電化學中電極電勢的絕對值無法測定,只能使某電極的電極電勢為標準求出其相對值。本實驗采用飽和甘汞電極為參比電極。,電極:?? KCl(飽和溶液) ? Hg2Cl2(s) ? Hg,電極反應:Hg2Cl2(s) + 2e = 2Hg(l) + 2Cl-,將甘汞電極與待測電極組成原

5、電池,由甘汞電極的電極電勢及實驗測定的電池電動勢就可計算出電極電勢。,2、電極電勢的測定,二、實驗原理,還原電極電勢:,三、儀器與試劑,,,1、儀器:,2、試劑:,SDC數(shù)字電位差計 1臺飽和甘汞電極 1支銀/氯化銀電極 1支電極管 3支銅電極 2支鋅電極 1支電極

6、管 3個電鍍裝置 1套 250 mL燒杯 1個 50mL小燒杯 4個,0.1000mol·L-l硫酸鋅溶液0.1000mol·L-l硫酸銅溶液0.0100mol·L-l硫酸銅溶液6 mol·L-l硫酸溶液6 mol·L-l硝酸溶液飽和硝酸亞汞溶液鍍銅溶液

7、飽和氯化鉀溶液,四、實驗步驟,1、電極制備,1)鋅電極 用6 mol·L-l硫酸浸洗,依次用水、蒸餾水淋洗,再將其浸入飽和硝酸亞汞溶液中3~5秒,待汞齊化后取出,用濾紙擦干,再用蒸餾水淋洗(注意:Hg有毒)。把處理好的鋅電極插入清潔的電極管內(nèi)并塞緊,將電極管的虹吸管浸入盛有0.1000mol·L-1ZnSO4溶液中,用吸氣球自支管抽氣,將溶液吸入電極管至高出電極約1cm,停止抽氣,旋緊活夾,電極的虹吸

8、管內(nèi)(包括管口)不可有氣泡,也不能有漏液現(xiàn)象。,四、實驗步驟,1、電極制備,2)銅電極 將銅電極在6 mol·L-l硝酸內(nèi)浸洗,取出后依次用水、蒸餾水淋洗干凈,再把它作為陰極,另取一塊純銅片作為陽極,在鍍銅溶液內(nèi)進行電鍍。電鍍條件是:電流密度控制在10mA·cm-2左右,電鍍1h。電鍍后應使銅電極表面有一緊密的鍍層,取出銅電極,用蒸餾水淋洗,濾紙擦干后,仿鋅電極,吸入0.1000mol·L-

9、1CuSO4溶液,制成銅半電池。,將飽和KCl溶液注入50mL小燒杯中作為鹽橋,得電池1:Zn|Zn2+(0.1000mol·L-1)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu電池2:Zn|Zn2+(0.1000mol·L-1)||KCl(飽和)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)電池3: Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(飽和)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu

10、電池4:Cu | Cu 2+(0.0100mol·L-1)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu電池5:Zn|Zn2+(0.1000mol·L-1)||KCl(飽和)|AgCl(s)|Ag電池6:Ag|AgCl(s)|KCl(飽和)||Cu2+(0.1000mol·L-1)|Cu,四、實驗步驟,2、電池組合,四、實驗步驟,3、電動勢測定,1)根據(jù)Nernst公式計算實驗溫度下

11、電池1、2、3、4、5、6的電動勢理論值。 2)正確接好測量電池1的線路。用SDC數(shù)字電位差計測量電池1的電動勢。每隔2分鐘測一次,共測三次。 3)同法,用SDC數(shù)字電位差計測量電池2、3、4、5、6的電動勢,要測至平衡時為止。 4)測量完畢后,倒去小燒杯的溶液,洗凈燒杯。飽和甘汞電極淋洗后,浸入飽和氯化鉀溶液中保存。,1、為使極化影響降到最小,測量前可初步估算被測電池的電動勢大小,以便

12、在測量時能迅速找到平衡點。,2、測量電池電動勢時,在對消點前,測量回路有電流通過,在測量過程中不能使測量回路一直連通,應接通一下調(diào)一下,直至平衡。,3、為判斷所測量的電動勢是否為平衡電勢,可在約15 min內(nèi)等間隔地測量7~8個數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平均值附近擺動,偏差小于±0.5 mV,則可認為已達平衡,并取最后三個數(shù)據(jù)的平均值作為該電池的電動勢。,五、注意事項,4、鹽橋不能完全消除液接電勢,一般仍剩余1~2mV,所以測得結果

13、只能準至mV。,五、注意事項,5、電極管裝液前,需要用少量的電解質(zhì)溶液淋洗,以確保濃度的準確性,裝液后要檢查是否漏液和電路是否暢通,特別是電極的虹吸管內(nèi)不能有氣泡。 6、實驗結束后,應將電極管內(nèi)溶液倒掉,以防止對電極腐蝕 。,7、使用甘汞電極,要防止溶液倒流入甘汞電極中。甘汞電極和鹽橋中應保留少量氯化鉀晶體,使溶液處于飽和狀態(tài)。 8、標準電池在搬動和使用時,不要使其傾斜和倒置,要放置平穩(wěn)。接線時正接正、負

14、接負,兩極不允許短路。,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,室溫:____________氣壓:____________數(shù)據(jù)記錄:,1、根據(jù)飽和甘汞電極的電極電勢溫度校正公式,計算實驗溫度下飽和甘汞電極的電極電勢:,2、根據(jù)測定的各電池的電動勢,分別計算銅、鋅電極的,、,、,3、根據(jù)有關公式計算Cu-Zn電池的理論電動勢E理并與實驗值E實進行比較,計算電池的電動勢時,物質(zhì)的濃度要用活度代替,活度系數(shù)由物化書P33頁表8.8中查找 。,六、數(shù)據(jù)記錄和

15、處理,,,,,·,,本實驗測得的是實驗溫度下的電極電勢和標準電極電勢,為了比較方便起見,(和附錄中所列出的比較),可采用下式求出298K時的標準電極電勢,即,式中α、β為電池中電極的溫度系數(shù)。對Cu-Zn電池來說:,六、數(shù)據(jù)記錄和處理,精品課件!,精品課件!,七、思考題,1、為什么不能用伏特計測量電池的電動勢?2、為何測電動勢要用對消法?對消法的原理是什么?3、測量電池電動勢為何要用鹽橋?選擇鹽橋中的電解質(zhì)有什么要求?

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