物理化学实验-电池电动势的测定实验报告

原电池电动势的测定与应用

华南师范大学化学与环境学院

合作: 指导老师：林晓明

一、实验目的

①掌握电位差计的测量原理和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；

③测定电池(Ⅰ)及电池（Ⅱ）的电动势；

④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（或极小电流）通过电池的情况下进行，因此采用对消法（又叫补偿法）。

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.原电池电动势测定：

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。

在电池中，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只差就等于该可你电池的电动势，规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差，即

E=φ+-φ-

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。

根据电极电位的能斯特方程，有

O

ϕϕ= -RT/ZF ·ln(α还原/α氧化) O ϕϕ= -RT/ZF ·ln(α还原/α氧化) 电池（Ⅰ）Hg|Hg 2Cl 2(s)|KCl(饱和)‖AgNO 3L)|Ag

负极反应：Hg + Cl -（饱和）−→− 1/2Hg 2Cl 2 + e -

正极反应：Ag + + e - −→− Ag

总反应：Hg + Cl -（饱和）+ Ag + −→− 1/2Hg 2Cl 2 + Ag

根据电极电位的能斯特公式，正极银电极的电极电位：

φAg/Ag+ = φθ

Ag/Ag+ + lg ɑAg+

其中 φθAg/Ag+ = - （t-25）

又因AgNO 3 浓度很稀，ɑAg+ ≈ [Ag +] =

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 = - (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：

求溶液的pH 值，通常将醌氢醌电极与饱和甘汞电极组成原电池，测定其电动势，则溶液的pH 值可求。

电池（Ⅱ）Hg|Hg 2Cl 2|KCl （饱和）||H +（L HAc+L NaAc ）Q ·Q H2|Pt

醌氢醌是一种暗褐色晶体，在水中溶解度很小，在水溶液中依下式部分溶解。

C 6H 4O 2·C 6H 4(OH)2（醌氢醌）== C 6H 4O 2(醌)+C 6H 4(OH)2(氢醌)

在酸性溶液中，对苯二酚解离度极小，因此醌与对苯二酚的活度可以认为相同，即 α醌=α氢醌。

醌氢醌电极的制备很简单，只需待测pH 值溶液以醌氢醌饱和，浸入惰性电极（铂电极）中即可。醌氢醌电极作为还原电极时，电极反应是

C 6H 4O 2（醌）+2H + +2e- →C 6H 4(OH ）2（氢醌） +

-

其电动势为：φ醌氢醌=φθ醌氢醌–RT/F·ln 1/αH+ =φθ醌氢醌F ·pH

其中φθ醌氢醌=（t-25）

通过实验测得电池的电动势，就可以计算出溶液的pH值。

三、实验仪器及用品

1.实验仪器：

SDC数字电位差计、超级恒温槽、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：

L的硝酸银溶液、饱和氯化钾溶液、硝酸钾、琼脂。

四、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）、（Ⅱ）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同法，用SDC 数字电位差计测量电池（Ⅱ）的电动势，要测至平衡时为止。

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。

五、实验数据记录与处理

将实验数据列入表1中。

室温： ℃ 大气压：

1.电池（I ）测定记录 恒温槽： 30℃ V 69198.00.02

1ln 9650055.303*314.87893.01ln Ag Ag /Ag Ag /Ag =-=-=+++a F RT οϕϕ V 238.0250.300.000650.2415=-=）（—饱和甘汞ϕ

V 45373.0Ag /Ag ==+

饱和甘汞理论—ϕϕE 表1 电池（Ⅰ）实验数据记录表

2.电池（Ⅱ）测定记录 恒温槽： 30℃

PH 理论值=-lg[H +]=-lg(c a /c b *Ka)=

6957.0)]2530(*00074.06994.0[=--=θϕ醌氢醌

pH pH F

RT 06015.06957.0303.2-=-=θϕϕ醌氢醌醌氢醌 23825

.0p 06015.06957.02--=-=H E 饱和甘汞醌氢醌ϕϕ PH 测定=（）/=

表2 电池（Ⅱ）实验数据记录表