华师物化实验-原电池电动势的测定与应用
《物理化学基础实验》原电池电动势的测定及应用实验
《物理化学基础实验》原电池电动势的测定及应用实验一、实验目的1．测定Cu-Zn原电池的电动势及Cu、Zn电极的电极电势；2．学会几种电极和盐桥的制备方法；3．掌握可逆电池电动势的测量原理和UJ-25型电位差计的操作技术。
二、实验原理凡把化学能转变为电能的装置称为化学电源(或电池、原电池)。
电池是由两个电极和连通两个电极的电解质溶液组成的。
如图13-1所示。
图13-1 Zn-Cu电池示意图Figure 13-1 Zinc - Cu battery diagram把Zn片插入ZnSO4溶液中构成Zn电极，把Cu片插在CuSO4溶液中构成Cu电极。
用盐桥(其中充满电解质)把这两个电极连接起来就成为Cu-Zn电池。
可逆电池应满足如下条件：(1) 电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。
(2) 电池中不允许存在任何不可逆的液接界。
(3) 电池必须在可逆的情况下工作，即充放电过程必须在平衡态下进行，亦即允许通过电池的电流为无限小。
因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件，在精确度不高的测量中，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。
用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。
在电池中，每个电极都具有一定的电极电势。
当电池处于平衡态时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势，按照我们常采用的习惯，规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差。
即：-+-=ϕϕE (1)式中：E 是原电池的电动势。
+ϕ、-ϕ分别代表正、负极的电极电势。
其中：氧化还原a a zF RT ln-=++θϕϕ (2) 氧化还原a a zF RT ln-=--θϕϕ (3) 在式(2)、(3)中：θϕ+、θϕ-分别代表正、负电极的标准电极电势，R =8.314 J •mol -1•K -1。
T是绝对温度。
z 是反应中得失电子的数量。
F =96500 C ，称法拉第常数。
还原a 、氧化a 分别为参与电极反应的物质的还原态、氧化态的活度。
物化实验原电池电动势的测定及其应用实验报告
原电池电动势的测定及其应用一、目的与要求1、测定Zn—Cu电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势；2、学会一些电极的制备和处理方法；3、掌握电位差计的测量原理和正确使用方法。
二、基本原理原电池由正、负两极和电解质组成。
电池在放电过程中，正极上发生还原反应，负极则发生氧化反应，电池反应是电池反应中所有反应的总和。
电池除作电源外，还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质。
从化学热力学得知，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应有以下关系：△G＝－nFE （6－1）式中△G是电池反应的吉布斯自由能增加；n为电极反应中电子得失数；F为法拉第常数，E为电池的电动势。
从式中可知，测定电池的电动势E后，便可求得△G，进而又可求得其他热力学参数。
但须注意，首先要求被测电池反应本身是可逆的，即要求电池的电极反应是可逆的，并且不存在不可逆的液接界。
同时要求电池必须在可逆情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只允许有无限小的电流通过电池。
因此在用电化学方法研究化学反应的热力学性质时，所设计的电池应尽量避免出现液接界，在精确度要求不高的测量中，常用“盐桥”来减少液接界电势。
为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，一般均采用电位差计测量电池的电动势。
原电池电动势主要是两个电极电势的代数和，如能分别测定出两个电极的电势，就可计算得到由它们组成的电池电动势。
由（6－1）式可推导出电池电动势的表达式。
下面以锌－铜为例进行分析。
电池表示式为：Zn∣ ZnSO4‖ CuSO4∣ Cu符号“∣”代表固相（Zn或Cu）和液相(ZnSO4或CuSO4)两相界面；“‖”代表连通两个液相的“盐桥”。
当电池放电时：负极起氧化反应 Zn → Zn2÷＋ 2e-正极起还原反应 Cu2÷＋2e → Cu-电池总反应为 Zn ＋ Cu 2÷ → Zn 2÷＋Cu电池反应的吉布斯自由能变化值为：202()()ln ()()a Zn a Cu G G RT a Cu a Zn ++⋅∆=∆+⋅ （6－2） 上述式中△G 0为标准态时自由能的变化值；a 为物质的活度，纯固体物质的活度等于1，则有：a （Zn ）﹦a （Cu ）﹦1 （6－3） 在标准态时， △G ﹦△G 0﹦ -nFE 0 （6－4） 式中E 0为电池的标准电动势。
实验二原电池电动势的测定及应用
3. 测定溶液的pH值
Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(s)
• 醌中氢溶醌解度(Q很·Q小H2。)为醌(Q)和氢醌(QH2)等摩尔混合物，在水 • 醌氢醌电极作为正极的电极反应为：
C6 H 4O2 2H 2e C6 H 4 (OH )2
五、 数据记录与处理
表1 电池电动势测量数据
室温： 被测电池
①
℃ 大气压：
kPa
电池电动势∕V
第一次 第二次 平均值
②
③
数据处理：
① Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖AgNO3(0.1 mol·L-1)∣Ag(s) 求银电极的标准电极电势
② Ag(s)+AgCl(s)∣ KCl(饱和)‖ AgNO3(0.1 mol·L-1)∣Ag(s) 求AgCl在室温下的Ksp
F
a a Ag Cl
又因为G=－nFE = RT ln 1
Ksp
(该反应n=1)，E =
RT 1 ln
F Ksp
E E RT ln 1
F
a a Ag Cl
RT 1 RT
E
F
ln Ksp
F
ln aAg aAg aCl Ksp
③Hg(l)+Hg2Cl2(s)∣KCl(饱和)‖饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt(s) 求溶液的pH值。
六、注意事项
•(1)连接仪器与待测电池时，正负极不要接反。 •(2) 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。 •(3)测定时，先从最上端旋钮开始调，快速找到平衡 点，以防止电流通过时改变电极表面的平衡状态。
原电池电动势的测定与应用物化实验报告
原电池电动势的测定及热力学函数的测定之蔡仲巾千创作一、实验目的1)掌握电位差计的丈量原理和丈量电池电动势的方法；2)掌握电动势法测定化学反应热力学函数变动值的有关原理和方法；3)加深对可逆电池, 可逆电极、盐桥等概念的理解；4)了解可逆电池电动势测定的应用；5)根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池, 测定其在分歧温度下的电动势值, 计算电池反应的热力学函数△G、△S、△H.二、实验原理1．用抵消法测定原电池电动势：原电池电动势不能能用伏特计直接丈量, 因为电池与伏特计连接后有电流通过, 就会在电极上发生生极化, 结果使电极偏离平衡状态.另外, 电池自己有内阻, 所以伏特计测得的只是不成逆电池的端电压.而丈量可逆电池的电动势, 只能在无电流通过电池的情况下进行, 因此, 采纳抵消法.抵消法是在待测电池上并联一个年夜小相等、方向相反的外加电源, 这样待测电池中没有电流通过, 外加电源的年夜小即即是待测电池的电动势.2．电池电动势测定原理：Hg | Hg 2Cl 2(s) | KCl( 饱和 ) | | AgNO 3 (0.02 mol/L) | Ag 根据电极电位的能斯特公式, 正极银电极的电极电位： 其中)25(00097.0799.0Ag/Ag --=+t ϕ；而+++-=Ag Ag/Ag Ag /Ag 1ln a F RTϕϕ负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值, 故其电极电位只与温度有关, 其关系式： φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t – 25) 而电池电动势饱和甘汞理论—ϕϕ+=Ag /Ag E ；可以算出该电池电动势的理论值.与测定值比力即可.3．电动势法测定化学反应的△G 、△H 和△S ：如果原电池内进行的化学反应是可逆的, 且电池在可逆条件下工作, 则此电池反应在定温定压下的吉布斯函数变动△G 和电池的电动势E 有以下关系式： △r G m =-nFE 从热力学可知：△H=-nFE+△S4．注意事项：①盐桥的制备不使用：重复丈量中须注意盐桥的两端不能对换； ②电极不要接反； 三、.实验仪器及用品 1.实验仪器SDC 数字电位差计、饱和甘汞电极、光亮铂电极、银电极、250mL烧杯、20mL烧杯、U形管2.实验试剂0.02mol/L的硝酸银溶液、饱和氯化钾溶液、硝酸钾、琼脂四、实验步伐1.制备盐桥3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法：在250mL烧杯中, 加入100mL蒸馏水和3g琼脂, 盖上概况皿, 放在石棉网上用小火加热至近沸, 继续加热至琼脂完全溶解.然后加入40g硝酸钾, 充沛搅拌使硝酸钾完全溶解后, 趁热用滴管将它灌入干净的U形管中, 两端要装满, 中间不能有气泡, 静置待琼脂凝固后即可使用.制备好的盐桥丌使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中, 防止盐桥干涸.2.组合电池将饱和甘汞电极拔出装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中.将一个20mL小烧杯洗净后, 用数毫升0.02mol/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗, 然后装此溶液至烧杯的2/3处, 拔出银电极, 用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池.3.测定电池的电动势①根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）的电动势理论值.②正确接好丈量电池（I）的线路.电池与电位差计连接时应注意极性.盐桥的两支管应标号, 让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触.仪器要注意支配合理并便于把持.③用SDC数字电位差计丈量电池（I）的电动势.每隔2min测一次,共测三次.④℃℃℃之内.把被测电池放入恒温槽中恒温15min, 同时将原电池引出线连接到SDC 型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接）, 测定其电动势, 每5分钟测1次, 直至电位差计念书稳定为止.⑤丈量完毕后, 倒去两个小烧0.55杯的溶液, 洗净烧杯的溶液. 五、实验数据记录与处置 1、电动势的测定)25(00097.0799.0Ag/Ag --=+t ϕ；+++-=Ag Ag/Ag Ag /Ag 1ln a F RT ϕϕ；φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t – 25)； 通过以上三式可求得电池电动势饱和甘汞理论—ϕϕ+=Ag /Ag E 的理论值.测定温度/℃测定值/V测定平均值/V 理论计算值/V 相对误差 测定次数 第一次 第二次 第三次 0.08%0.12%2、热力学函数的测定—--测定△G 、△S 和△H. 作E-T 图（见下图）, 求得斜率×10∧-4,E-T 图的直线方程为：×10∧-4X , 故=-×10∧-4所以当T=298K 时,△r G m =-nFE=-1×96500× J/molkJ/mol 因为所以△S=1×96500××10∧-4J/(mol ·K)因为△H=△r G m +T △S, 所以△×J/mol热力学函数次第t/℃T/K E/V △H（KJ/mol）1 298 ×10∧-42 3083、将实验所得的电池反应的热力学函数变动值和理论值进行比力电池总反应)()(21)()(22sAgsClHgaqAgCllHg+=+++-）（饱和查参考文献得Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c) 在298K时各自的的标准生成焓变Δf Hºm、标准生成自由能变Δf Gºm及标准熵Sºm, 由此计算出电池反应的Δf Hºm、Δf Gºm、Δf Sºm如下所示.Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c) 的Δf Hºm、Δf Gºm、Δf SºmΔf Hºm(298K)/kJ/mol Δf Gºm(298K)/kJ/mol Sºm298K/J/(mol·K) Hg(l) 0 0Ag+(aq)Cl—(aq)Hg2Cl2(s) - -Ag(s) 0 0电池反应而热力学函数（298K）的理论值:Δr Gºm=kJ/mol；Δr Sºm= J/(mol·K) ；Δr Hºm= kJ/mol则比较文献值可得：Δr Gºm相对误差：（-））/ = -14.1%Δr Sºm相对误差：（））/ =-11.1%Δr Hºm相对误差：（））/=-12.1%六、分析与讨论根据上述实验结果, 可知本次实验误差较年夜, 经讨论认为引起的误差主要有以下几点：1）用抵消法测电动势时, 要求电流为0, 到达可逆电池的要求, 但在实验过程中, 调节时电路中总有微小电流通过, 而发生极化现象.但当外加电压年夜于电动势时, 原电池相当于电解池, 使反应电势增加；相反, 当外电压小于电动势时, 原电池放电极化, 使反应电势降低, 这会影响实验结果的测定.而且有少量电流也会使内阻分走部份电压, 招致丈量电压其实不即是电动势而即是外电路电压.2）在本次实验中, 我们只进行了两组分歧温度的数据丈量, 使用的热力学计算方法均为粗略计算, 作E-T图也只是2个数据点, 因数据处置方法粗略, 所以计算结果相对误差也较年夜.因此应该进行更多组在分歧温度下的测定, 绘出δE/δT的关系图, 拟合线性, 求出斜率, 这样误差才小.3）本实验测定的其实不是可逆电池, 但在溶液间拔出了盐桥, 近似地看成可逆电池来处置.通常, 经常使用的盐桥是氯化钾盐桥, 离子相对迁移速率较为一致.但对硝酸银溶液, 不能使用氯化钾盐桥, 而是采纳了硝酸钾盐桥.虽然硝酸钾盐桥的正负离子迁移数较接近, 可是它们与通电极无共同离子, 因而在使用时会改变参考电极的浓度和引入外来离子, 从而可能改变参考电极电位, 造成实验误差.4）这次实验中有很多的近似处置, 比如液接电势、接触电势和扩散电势的忽略, 电池近似处置为可逆电池等等.因而, 实验结果与实际值有一定的偏差.5）调节电桥平衡的把持时间应尽可能的短, 否则电极上较长时间的有电流通过, 会发生电池反应使得溶液浓度下降、电极概况极化, 这样可逆电极酿成不成逆的, 会给实验带来较年夜误差.而实验中所用仪器不稳定, 需要较长的时间才华年夜致调节到平衡, 即使是同一个电动势值, 在很短的时间内测得的数据都有较年夜摆荡, 所以不能很快调节到平衡也会造成实验的误差；℃左右摆荡.④恒温槽温度存在摆荡, 所以在实验测定过程中, 电池反应其实不完全是在同一温度下进行, 进行数据处置时也会带来一定的误差.在另外实验中采纳盐桥来消除液接电位, 但实际实验中不能保证盐桥能够完全消除液接电位.7）本实验的理论参考数据是在标准状况下的数值, 而实验过程中的温度和年夜气压都有变动, 所以也存在一定的误差.七、思考题1、为何测电动势要用抵消法, 抵消法的原理是什么？答：原电池电动势不能直接用伏特计来丈量, 因为电池与伏特计接通后会有电流通过, 在电池两级上会存在极化现象, 使电极偏离平衡状态, 另外, 电池自己有内阻, 伏特计丈量获得的仅是不成逆电池的端电压.采纳抵消法（又叫赔偿法）可在无电流或很小电流通过电池的情况下准确测定电池的电动势.抵消法的原理是：在待测电池上并联一个年夜小相等、方向相反的外加电势差, 这样待测电池中没有电流通过, 外加电势差的年夜小即即是待测电池的电动势.2、测电动势为何要用盐桥, 如何选用盐桥以适应各种分歧的体系？答：盐桥可将液接电势降低到最小的作用.选择盐桥的原则是：盐桥中的盐浓度尽量年夜（一般用饱和溶液）, 正负离子迁移数接近, 与电池中的电解质不发生反应.所选取的KNO3的在水中的溶解度很年夜, 正负负离子迁移数接近, 与年夜大都电解质不发生反应, 故可以作为年夜大都体系的盐桥.3、用测电动势的方法求热力学函数有何优越性？答：电动势测定法比其它方法（例如量热法）更精确, 误差更小.因为电池电动势可以测得很准, 其数据较化学方法准确可靠.参考文献：[1] 何广平,南俊民, 孙艳辉.物理化学实验.化学工业出书社, 2008, 92-99[2] 傅献彩, 沈文霞, 姚天扬. 物理化学. 高等教育出书社, 2008:64-65[3] 栾翀. 电动势的测定及其应注意的问题[J]. 科技信息. 2008(35)[4] 凌勋利,王晔,韩民乐,王跃. 电化学方法测定化学反应热力学函数的变动值[J]. 洛阳师范学院学报. 2010(02)。
原电池电动势的测定与应用
原电池电动势的测定与应用一、【实验目的】1)掌握电位差计的测量原理和测量原电池电动势的测定方法；2）加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解；2)测定电池（1）及电池（2）的电动势；3)了解可逆电池电动势测定的应用；二、【实验原理】1.用对消法测定原电池电动势：原电池电动势不能能用伏特计直接测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生生极化，结果使电极偏离平衡状态。
另外，电池本身有内阻，所以伏特计测得的只是不可逆电池的端电压。
而测量可逆电池的电动势，只能在无电流通过电池的情况下迚行，因此，采用对消法。
对消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势。
本实验使用的电动势测量仪器是SDC型数字电位差计，它是利用对消法原理设计的。
2.电池电动势测定原理：在电池中，电极都具有一定的电极电势。
当电池处于平衡时，两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势，规定电池的电动势等于正、负电极的电动势之差，即 E=Φ+-Φ-式中，E是原电池的电动势；Φ+、Φ-代表正、负的电极电势。
电池（1）Hg | Hg2Cl2(s) | KCl( 饱和 ) | | AgNO3 (0.02 mol/L) | Ag负极反应：Hg+Cl-（饱和）→0.5Hg2Cl2+e-正极反应：Ag++e-→Ag根据电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位：其中φAg/Ag+ =0.799-0.00097（t-25）又因AgNO3浓度很稀αAg+≈[Ag+]=0.02负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值，故其电极电位只与温度有关，其关系式：φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t – 25)而电池电动势 E=φ+ - φ -；可以算出该电池电动势的理论值。
与测定值比较即可。
3.电动势测定的应用：电池（2）Hg|Hg2Cl2(s)|KCl( 饱和 )||H+Q·Q H2|Pt醌氢醌是一种暗褐色晶体，在水中的溶解度很小，在水溶液中依下式部分溶解。
大学物理化学实验报告-原电池电动势的测定
篇一：原电池电动势的测定实验报告_浙江大学 (1)实验报告课程名称：大学化学实验p实验类型：中级化学实验实验项目名称：原电池电动势的测定同组学生姓名：无指导老师冷文华一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、实验材料与试剂（必填）四、实验器材与仪器（必填）五、操作方法和实验步骤（必填）六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析（必填）八、讨论、心得一、实验目的和要求用补偿法测量原电池电动势，并用数学方法分析二、实验原理：补偿法测电源电动势的原理：必须严格控制电流在接近于零的情况下来测定电池的电动势，因为有电流通过电极时，极化作用的存在将无法测得可逆电动势。
为此，可用一个方向相反但数值相同的电动势对抗待测电池的电动势，使电路中没有电流通过，这时测得的两级的电势差就等于该电池的电动势E。
如图所示，电位差计就是根据补偿法原理设计的，它由工作电流回路、标准回路和测量电极回路组成。
①工作电流电路：首先调节可变电阻RP，使均匀划线AB上有一定的电势降。
②标准回路：将变换开关SW合向Es，对工作电流进行标定。
借助调节Rp使得IG=0来实现Es=UCA。
③测量回路：SW扳回Ex，调节电势测量旋钮，直到IG=0。
读出Ex。
UJ-25高电势直流电位差计：1、转换开关旋钮：相当于上图中SW，指在N处，即SW接通EN，指在X1，即接通未知电池EX。
2、电计按钮：原理图中的K。
3、工作电流调节旋钮：粗、中、细、微旋钮相当于原理图中的可变电阻RP。
-1-2-3-4-5-64、电势测量旋钮：中间6只旋钮，×10，×10，×10，×10，×10，×10，被测电动势由此示出。
三、仪器与试剂：仪器：电位差计一台，惠斯登标准电池一只，工作电源，饱和甘汞电池一支，银—氯化银电极一支，100mL容量瓶5个，50mL滴定管一支，恒温槽一套，饱和氯化钾盐桥。
-1试剂：0.200mol·LKCl溶液四、实验步骤： 1、配制溶液。
原电池电动势的测定与应用物化实验报告
原电池电动势的测定及热力学函数的测定之五兆芳芳创作一、实验目的1)掌握电位差计的丈量原理和丈量电池电动势的办法；2)掌握电动势法测定化学反响热力学函数变更值的有关原理和办法；3)加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解；4)了解可逆电池电动势测定的应用；5)按照可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不合温度下的电动势值，计较电池反响的热力学函数△G、△S、△H.二、实验原理1．用对消法测定原电池电动势：原电池电动势不克不及能用伏特计直接丈量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上产生生极化，结果使电极偏离平衡状态.另外，电池自己有内阻，所以伏特计测得的只是不成逆电池的端电压.而丈量可逆电池的电动势，只能在无电流通过电池的情况下进行，因此，采取对消法.对消法是在待测电池上并联一个大小相等、标的目的相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势.2．电池电动势测定原理：Hg | Hg 2Cl 2(s) | KCl( 饱和 ) | | AgNO 3 (0.02 mol/L) | Ag 按照电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位： 其中)25(00097.0799.0Ag/Ag --=+t ϕ；而+++-=Ag Ag/Ag Ag /Ag 1ln a F RTϕϕ负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在一定温度下是个定值，故其电极电位只与温度有关，其关系式： φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t – 25) 而电池电动势饱和甘汞理论—ϕϕ+=Ag /Ag E ；可以算出该电池电动势的理论值.与测定值比较便可.3．电动势法测定化学反响的△G 、△H 和△S ：如果原电池内进行的化学反响是可逆的，且电池在可逆条件下任务，则此电池反响在定温定压下的吉布斯函数变更△G 和电池的电动势E 有以下关系式： △r G m =-nFE 从热力学可知：△H=-nFE+△S4．注意事项：①盐桥的制备不使用：重复丈量中须注意盐桥的两端不克不及对调；②电极不要接反； 三、.实验仪器及用品 1.实验仪器SDC数字电位差计、饱和甘汞电极、光明铂电极、银电极、250mL烧杯、20mL烧杯、U形管2.实验试剂0.02mol/L的硝酸银溶液、饱和氯化钾溶液、硝酸钾、琼脂四、实验步调1.制备盐桥3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备办法：在250mL烧杯中，参加100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上概略皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，持续加热至琼脂完全溶解.然后参加40g硝酸钾，充分搅拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入洁净的U形管中，两端要装满，中间不克不及有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用.制备好的盐桥丌使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，避免盐桥干枯.2.组合电池将饱和甘汞电极拔出装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中.将一个20mL小烧杯洗净后，用数毫升0.02mol/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗，然后装此溶液至烧杯的2/3处，拔出银电极，用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接组成电池.3.测定电池的电动势①按照Nernst公式计较实验温度下电池（I）的电动势理论值.②正确接好丈量电池（I）的线路.电池与电位差计连接时应注意极性.盐桥的两支管应标号，让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触.仪器要注意支配公道并便于操纵. ③用SDC 数字电位差计丈量电池（I ）的电动势.每隔2min 测一次，共测三次.④℃℃℃之内.把被测电池放入恒温槽中恒温15min ，同时将原电池引出线连接到SDC 型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接），测定其电动势，每5分钟测1次，直至电位差计读书稳定为止.⑤丈量完毕后，倒去两个小烧0.55杯的溶液，洗净烧杯的溶液.五、实验数据记实与处理 1、电动势的测定)25(00097.0799.0Ag/Ag --=+t ϕ；+++-=Ag Ag/Ag Ag /Ag 1ln a F RT ϕϕ；φ饱和甘汞 = 0.2415 - 0.00065(t – 25)； 通过以上三式可求得电池电动势 饱和甘汞理论—ϕϕ+=Ag /Ag E 的理论值.测定温度/℃测定值/V测定平均值/V 理论计较值/V 相对误差 测定次数 第一次 第二次 第三次 0.08%0.12%2、热力学函数的测定—--测定△G 、△S 和△H. 作E-T 图（见下图），求得斜率×10∧-4，E-T 图的直线方程为：×10∧-4X ，故=-×10∧-4所以当T=298K时，△r G m=-nFE=-1×96500× J/molkJ/mol因为所以△S=1×96500×(-×10∧-4 ) =-6 J/(mol·K)因为△H=△r G m+T△S，所以△×kJ/mol热力学函数次序t/℃T/K E/V △H（KJ/mol）×10∧-42 3083、将实验所得的电池反响的热力学函数变更值和理论值进行比较电池总反响)()(21)()(22sAgsClHgaqAgCllHg+=+++-）（饱和查参考文献得Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c) 在298K时各自的的尺度生成焓变Δf Hºm、尺度生成自由能变Δf Gºm及尺度熵Sºm，由此计较出电池反响的Δf Hºm、Δf Gºm、Δf Sºm如下所示.Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c) 的Δf Hºm、Δf Gºm、Δf Sºm Δf Hºm(298K)/kJ/mol Δf Gºm(298K)/kJ/mol Sºm298K/J/(mol·K) Hg(l) 0 0Ag+(aq)Cl—(aq)Hg2Cl2(s) - -Ag(s) 0 0电池反响而热力学函数（298K）的理论值:Δr Gºm=kJ/mol；Δr Sºm= J/(mol·K) ；Δr Hºm= kJ/mol则对比文献值可得：Δr Gºm相对误差：（-））/ = -14.1%Δr Sºm相对误差：（））/ =-11.1%Δr Hºm相对误差：（））/=-12.1%六、阐发与讨论按照上述实验结果，可知本次实验误差较大，经讨论认为引起的误差主要有以下几点：1）用对消法测电动势时，要求电流为0，达到可逆电池的要求，但在实验进程中，调节时电路中总有微小电流通过，而产生极化现象.但当外加电压大于电动势时，原电池相当于电解池，使反响电势增加；相反，当外电压小于电动势时，原电池放电极化，使反响电势下降，这会影响实验结果的测定.并且有少量电流也会使内阻分走部分电压，导致丈量电压其实不等于电动势而等于外电路电压.2）在本次实验中，我们只进行了两组不合温度的数据丈量，使用的热力学计较办法均为粗略计较，作E-T图也只是2个数据点，因数据处理办法粗略，所以计较结果相对误差也较大.因此应该进行更多组在不合温度下的测定，绘出δE/δT的关系图，拟合线性，求出斜率，这样误差才小. 3）本实验测定的其实不是可逆电池，但在溶液间拔出了盐桥，近似地当作可逆电池来处理.通常，经常使用的盐桥是氯化钾盐桥，离子相对迁移速率较为一致.但对于硝酸银溶液，不克不及使用氯化钾盐桥，而是采取了硝酸钾盐桥.虽然硝酸钾盐桥的正负离子迁移数较接近，但是它们与通电极无配合离子，因而在使用时会改动参考电极的浓度和引入外来离子，从而可能改动参考电极电位，造成实验误差. 4）这次实验中有良多的近似处理，比方液接电势、接触电势和扩散电势的疏忽，电池近似处理为可逆电池等等.因而，实验结果与实际值有一定的偏差.5）调节电桥平衡的操纵时间应尽可能的短，不然电极上较长时间的有电流通过，会产生电池反响使得溶液浓度下降、电极概略极化，这样可逆电极酿成不成逆的，会给实验带来较大误差.而实验中所用仪器不稳定，需要较长的时间才干大致调节到平衡，即便是同一个电动势值，在很短的时间内测得的数据都有较大动摇，所以不克不及很快调节到平衡也会造成实验的误差；℃左右动摇.④恒温槽温度存在动摇，所以在实验测定进程中，电池反响其实不完全是在同一温度下进行，进行数据处理时也会带来一定的误差.在此外实验中采取盐桥来消除液接电位，但实际实验中不克不及包管盐桥能够完全消除液接电位.7）本实验的理论参考数据是在尺度状况下的数值，而实验进程中的温度和大气压都有变更，所以也存在一定的误差.七、思考题1、为何测电动势要用对消法，对消法的原理是什么？答：原电池电动势不克不及直接用伏特计来丈量，因为电池与伏特计接通后会有电流通过，在电池两级上会存在极化现象，使电极偏离平衡状态，另外，电池自己有内阻，伏特计丈量得到的仅是不成逆电池的端电压.采取对消法（又叫抵偿法）可在无电流或很小电流通过电池的情况下准确测定电池的电动势.对消法的原理是：在待测电池上并联一个大小相等、标的目的相反的外加电势差，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.2、测电动势为何要用盐桥，如何选用盐桥以适应各类不合的体系？答：盐桥可将液接电势下降到最小的作用.选择盐桥的原则是：盐桥中的盐浓度尽量大（一般用饱和溶液），正负离子迁移数接近，与电池中的电解质不产生反响.所选取的KNO3的在水中的溶解度很大，正负负离子迁移数接近，与大多数电解质不产生反响，故可以作为大多数体系的盐桥.3、用测电动势的办法求热力学函数有何优越性？答：电动势测定法比其它办法（例如量热法）更精确，误差更小.因为电池电动势可以测得很准，其数据较化学办法准确可靠.参考文献：[1] 何广平,南俊民，孙艳辉.物理化学实验.化学产业出版社, 2008, 92-99[2] 傅献彩, 沈文霞, 姚天扬. 物理化学. 初等教育出版社, 2008:64-65[3] 栾翀. 电动势的测定及其应注意的问题[J]. 科技信息. 2008(35)[4] 凌勋利,王晔,韩民乐,王跃. 电化学办法测定化学反响热力学函数的变更值[J]. 洛阳师范学院学报. 2010(02)。
实验二原电池电动势的测定及应用
在实验过程中，每隔一段时间 记录一次电压表和电流表的读
数，以便后续数据处理。
数据记录与处理
01
02
03
数据整理
将实验过程中记录的电压 表和电流表的读数整理成 表格，以便进行后续分析。
数据处理
根据实验数据，计算原电 池的电动势和内阻等参数， 并分析其变化趋势。
结果分析
根据数据处理结果，分析 不同类型原电池的电动势 和内阻差异，以及影响因 素。
测量仪器
电压表、电流表等用于测量原 电池的电动势和电流。
原电池
不同种类和组成的原电池，以 便进行对比实验。
实验操作
准备实验设备
确保电源、导线、测量仪器和 原电池都已准备好，并检查其
正常工作状态。
连接电路
按照实验要求，使用导线将电 源、原电池和测量仪器正确连 接起来，形成完整的电路。
启动实验
打开电源，观察原电池的工作 状态，并记录电压表和电流表 的读数。
实验结果较为准确，误差在可接受范围内，实验操作和数据处理方法有待进一步优 化。
实验中存在的问题与改进建议
1
实验操作过程中存在一定的人为误差，如电极放 置不准确、溶液搅拌不均匀等。建议加强实别数据存在异常值。建议在 实验过程中增加数据采集的频次，以获取更准确 的数据。
03 原电池电动势测定的应用
原电池电动势与氧化还原反应的关系
总结词
原电池电动势与氧化还原反应密切相关，电动势的大小可以反映氧化还原反应进行的程度和方向。
详细描述
原电池电动势的产生是由于氧化和还原反应分别在两个电极上发生，从而产生电位差。电动势的大小 与氧化还原反应的平衡常数、反应物浓度和温度等因素有关，可以用来判断反应进行的程度和方向。
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华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名：dxh 学号：专业：化学师范 年级、班级：2011级化教六班 课程名称：物理化学实验 实验项目：原电池电动势的测定与应用 指导老师：蔡跃鹏 实验评分：【实验目的】1. 掌握电位差计的测量原理和测量电池电动势的方法；2. 掌握电动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方法；3. 加深对可逆电池，可逆电极、盐桥等概念的理解；4. 测定电池（1）的电动势；5. 了解可逆电池电动势测定的应用；6. 根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池，测定其在不同温度下的电动势值，计算电池反应的热力学函数△G 、△S 、△H 。
【实验原理】可设计成原电池的化学反应，发生失去电子进行氧化反应的部分可作为阳极，发生获得电子进行还原反应的部分可作为阴极，两个半点池组成一个原电池。
电池的书写习惯是左方为负极，即阳极，右方为正极，即阴极。
符号“|”表示两相界面，液相与液相之间一般加上盐桥，以符号“ ”表示，。
如电池反应是自发的，则其电动势为正，等于阴极电极电势+E 与阳极电极电势-E 之差，即 -+-=E E E以铜-锌电池为例。
铜-锌电池又称丹尼尔电池（Daniell cell ），是一种典型的原电池。
此电池可用图示表示如下：)1(114-⋅=-kg mol a ZnSO Zn +⋅=-Cu kg mol a CuSO )1(124左边为阳极，起氧化反应Zn e a Zn 2)(12++其电极电势为)()(ln 22+---==Zn a Zn a F RT E E E θ阳 右边为阴极，起还原反应e a Cu 2)(22++ Cu其电极电势)()(ln 22+++-==Cu a Cu a F RT E E E θ阴 总的电池反应)(22a Cu Zn ++ Cu a Zn ++)(12原电池电动势)()(ln 2)(22++-+--=Cu a Zn a F RT E E E θθ=)()(ln 222++-Cu a Zn a F RT E θθ-E 、θ+E 分别为锌电极和铜电极的标准还原电极电势，)(2+Zn a 和)(2+Cu a 分别为 +2Zn 和+2Cu 的离子活度。
本实验所测定的三个电池为：1．原电池 饱和）()()(22KCl s Cl Hg l Hg - +⋅-)()01.0(33s Ag dm mol AgNO 阳极电极电势 )25/(106.72410.0//4/)(22-⨯-==--℃t V E V E Hg s Cl Hg阴极电极电势 )(ln //+++==++Ag a FRTE E E AgAg Ag Ag θ )25/(00097.0799.0//-⨯-=+℃t V E AgAg θ 原电池电动势 Hg s Cl Hg AgAg E Ag a FRTE E E E /)(/22)(ln -+=-=+-++θ 2．原电池 )1.0()(3-⋅-dm mol KCl s AgCl Ag +⋅-Ag dm mol AgNO )01.0(33 阳极电极电势 )(ln /)(---=Cl a FRTE E Ag S AgCl θ )25/(000645.02221.0//)(-⨯-=℃t V E Ag S AgCl θ阴极电极电势 )(ln //+++==++Ag a FRTE E E AgAg Ag Ag θ 原电池电动势 [])()(ln /)(/+--++-=-=+Ag a Cl a FRTE E E E E Ag S AgCl AgAg θθ 其中 90.001.031=⋅±-γ的AgNO kg mol77.01.01=⋅±-γ的KCl kg mol稀水溶液中3-⋅dm mol 浓度可近似取1-⋅kg mol 浓度的数值。
3.原电池)()()(22饱和KCl s Cl Hg l Hg -331.01.0(--+⋅+⋅dm mol HAc dm mol H+⋅Pt Q H Q NaAc 2),阳极电极电势 )25/(106.72410.0//4/)(22-⨯-==--℃t V E V E Hg s Cl Hg阴极电极电势 )(ln 22//+++==H a FRTE E E Q H Q Q H Q θ)25/(104.76994.0/4/2-⨯-=-℃t V E Q H Q θ 原电池电动势 Hg s Cl Hg Q H Q E H a FRTE E E E /)(/222)(ln -+=-=+-+θ = Hg s Cl Hg QH Q E PH FRT E /)(/222303.2--θ即 )/303.2()/)(/222F RT E E E pH Hg s Cl Hg Q H Q --=θ由此可知，只要测出原电池3的电动势，就可计算出待测溶液（NaAc HAc 和缓冲溶液）的pH 值。
测定可逆原电池的电动势常采用对消法（又称补偿法），其原理和方法在附录1、2、3中作了详细的介绍。
通过原电池电动势的测定，还可以得到许多有用的数据，如离子活度等。
特别是通过测定不同温度下原电池的电动势，得到原电池电动势的温度系数p T E )(∂∂，由此可求出许多热力学函数，如计算相应电池反应的摩尔反应吉尔斯函数变zFE G m r -=∆，摩尔反应焓p mr TEzFT zFE H )(∂∂+-=∆及摩尔反应熵 p mr T E zF S )(∂∂=∆等。
如果电池反应中，反应物和生成物的活度均为1，温度为K 15.298，则所测定的电动势和热力学函数即为相应电池反应的标准)15.298(K E θ、)15.298(K G m r θ∆、和)15.298(K S m r θ∆。
利用对消法可以很准确的测量出原电池的电动势，因此用电化学方法求出的化学反应的热力学函数m r G ∆、m r H ∆、 m r S ∆等比用量热法或化学平衡常数法求得的热力学数据更为准确可靠。
原电池设计与制造的难度主要是电极的制备，所以对一些常用电极的制备方法作一些了解还是很有必要的（详见附录5）。
【仪器和药品】ZD －WC 数字电位差计（含附件） 1台 0.01 mol.dm -3 AgNO 3溶液 标准电池1个 0.1 mol.dm -3 KCl 溶液 甘汞电极（饱和） 1支 0.2 mol.dm -3 HAc 溶液 银-氯化银电极 1支 0.2 mol.dm -3 NaAc 溶液 光铂电极 1支 醌氢醌固体粉末（黑色）银电极 1支 KNO 3盐桥 3个 吸耳球1个 100 ml 烧杯1个洗瓶1个50 ml广口瓶3个饱和氯化钾溶液10 ml移掖管3支图11.1 ZD-WC数字电位差计；左图为全图，右图为操作面板【实验步骤】1.制备盐桥3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法：在250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水和3g琼脂，盖上表面皿，放在石棉网上用小火加热至近沸，继续加热至琼脂完全溶解。
然后加入40g硝酸钾，充分搅拌使硝酸钾完全溶解后，趁热用滴管将它灌入干净的U形管中，两端要装满，中间不能有气泡，静置待琼脂凝固后便可使用。
制备好的盐桥不使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中，防止盐桥干涸。
2.组合电池将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中。
将一个20mL小烧杯洗净后，用数毫升0.02mol/L的硝酸银溶液连同银电极一起淌洗，然后装此溶液至烧杯的2/3处，插入银电极，用硝酸钾盐桥不饱和甘汞电极连接构成电池。
3.测定电池的电动势①根据Nernst公式计算实验温度下电池（I）的电动势理论值。
②正确接好测量电池（I）的线路。
电池与电位差计连接时应注意极性。
盐桥的两支管应标号，让标负号的一端始终不含氯离子的溶液接触。
仪器要注意摆布合理并便于操作。
③用SDC数字电位差计测量电池（I）的电动势。
每隔2min测一次，共测三次。
④接通恒温槽电源进行恒温，使其分别达到21.5℃25.2℃、30.1℃，温度波动范围要求控制在正负0.2℃之内。
把被测电池放入恒温槽中恒温15min，同时将原电池引出线连接到SDC型数字式电位差计的待测接线柱上（注意正负极的连接），测定其电动势，每5分钟测1次，直至电位差计读书稳定为止。
○5然后调节恒温槽，令恒温升温5℃，重复上述操作，然后再升温并进行测定。
○6测量完毕后，倒去两个小烧杯的溶液，洗净烧杯的溶液。
盐桥两端淋洗后，浸入硝酸钾溶液中保存。
【实验记录及数据处理】V t 7942.0)254.26(00097.0799.0)25(00097.0799.0Ag/Ag =--=--=+ϕV6920.00.021ln 9650055.299*314.87893.01ln AgAg/Ag Ag /Ag =-=-=+++a F RT ϕϕV238.0）254.26（0.00065—0.2415饱和甘汞=-=ϕV 4540.0Ag /Ag ==+饱和甘汞理论—ϕϕEE-T 图回归方程： E = -0.00025t + 0.541故()∂∂E T p = -0.00025P Pm r m r T E nF T G S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∆∂-=∆ nFEG m r -=∆P m r T E nFT nFE H ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+-=∆n=1，F = 96500 C/mol ，E=0.45818V得：ΔrSm =1×96500×(-0.00025)= -24.125J/(mol •K) ΔrGm =-1×96500×0.45818=-44.21kJ/molΔrH m =-44.21 + （-24.125）×299.6×10－3=-44.13kJ/mol电池总反应:)()(21)()(22s Ag s Cl Hg aq Ag Cl l Hg +=+++-）（饱和查参考文献得Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c) 各自的的标准生成焓变ΔfH ºm 、标准生成自由能变ΔfG ºm 及标准熵S ºm ，由此计算出电池反应的ΔfH ºm 、ΔfG ºm 、ΔfS ºm 如下所示.Table A4. Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c) 的ΔfH ºm 、ΔfG ºm 及S ºmΔfH ºm(298K)/kJ/mol ΔfG ºm(298K)/kJ/mol S ºm298K/J/(mol ·K) Hg(l) 0 0 75.023 Ag+(aq) 105.90 77.11 73.93 Cl —(aq)-167.44-131.1755.20Hg2Cl2(s) -265.22 -210.745 192.5Ag(s) 0 0 42.55电池反应-71.07 -51.31 -69.35ΔrGºm= -51.31 kJ/molΔrSºm= -69.35 J/(mol·K)ΔrHºm= -71.07 kJ/molΔrSºm 相对误差：（24.125-69.35）/ 69.35 =-65.21%ΔrGºm 相对误差：（44.21-51.31）/ 51.31 =-13.84%ΔrHºm 相对误差：（44.13-71.07）/71.07 =-37.90%【结果讨论】从以上的实验结果可以看出本次的实验误差较大，分析其可能原因有如下几点：1）只有在电流无限小的情况下测量，才能达到可逆电池的要求，但在实验过程中电流无法达到无限小仍存在一定值的电流，于是产生的极化作用破坏了电池的可逆性，使电动势偏离可逆值。