电池电动势的测定及其应用实验报告

电池电动势的测定及其应用

一、实验目的：

1．了解对消法测定电池电动势的原理；

2．掌握电动势测定难溶物溶度积（KSP）的方法；

3．掌握常用参比电极银一氯化银电极的制备方法。

二、实验原理：

电池由两个半电池组成（半电池包括一个电极和相应的电解质溶液），当电池放电时，进行氧化反应的是负极，进行还原反应的是正极。电池的电动势就是通过电池的电流趋近于零时两极之间的电位差。它可表示成：

E E E

式中E 、E 分别表示正、负电极的电位。当温度、压力恒定时，电池的电动势E（或电极电位E 、E ）的大小取决于电极的性质和溶液中有关离子的活度。电极电位与有关离子活度之间的关系可以由Nernst方程表示：

E E RTBln a

B （16-1） BzF

式中：z为电池反应的转移电子数， B为参加电极反应的物质B的化学计量数，产物 B为正，反应物 B为负。

本实验涉及的两个电池为：

（1）（一）Ag（s），AgCl（s）│KCl（0.0200 mol·L-1）││AgNO3（0.0100 mol·L-1）│Ag（s）（+）

（2）（一）Hg（l），Hg2Cl2（s）│KCl（饱和）││AgNO3（0.0100 mol·L-1）│Ag（s）（+）

在上述电池中用到的三个电极是：

（1） 银电极：

电极反应：Ag (0.01mol L 1) e Ag （16-2）

RTE Ag /Ag E Ag /Ag lnaAg F

其中： E Ag /Ag 0.7991 0.00097(t 25)V

式中：t为摄氏温度（下同），

（2） 甘汞电极：

电极反应：HgCl2(s) 2e 2Hg(l) 2Cl (aCl ) （16-3）

温度有关，其关系式为：E Hg2Cl2(s)/Hg 0.2415 0.00065(t 25) V

（3） 银—氯化银电极

电极反应

'' Ksp得 根据溶度积关系式aAg aCl RTlnaCl F对于饱和甘汞电极，温度一定时，aCl 为定值，因此饱和甘汞电极电位与E Hg2Cl2(s)/Hg E Hg2Cl2(s)/Hg 'AgCl(s) e Ag Cl (aCl ) （16-4）

RT'lnaAg F

RTKsp E {Ag /Ag} ln' FaCl E{AgCl(s)/Ag} E {Ag /Ag}

RTRT'lnKsp lnaCl FF

RT'lnaCl E {AgCl(s)/Ag} (16-5) F

RTlnKSP 0.2224 0.000645(t 25) V 式中：E {AgCl(s)/Ag} E {Ag /Ag} F

由上式可见，利用Nernst关系式可求得难溶盐的溶度积常数，为此我们将（16-2）、（16-4）两个电极连同盐桥组成电池（Ⅰ），其电动势可表示为：

E E E E {Ag /Ag}

=EAg /Ag E AgCl(s)/Ag RTRTRT ) lnaAg (E {Ag /Ag} lnKSP lnacl=E {Ag /Ag} FFF

RTRT ) lnKSP ln(aAg acl= FF

整理得：

EF exp (16-6) KSP aAg acl RT

'因此，给定电池(I)中左右半电池活度aCl，若测得电池（I）的电动势， 和aAg

依上式即可求出AgCl的溶度积常数。

电池电动势一般采用Poggendorff对消法测定。

根据欧姆定律，电池电动势E I(R r) V Ir，r为电

池内阻。当回路中电流I 0时，此时E=V，这就是

对消法的基本原理，其测量方法如图1所示。当K

与EN连接时，移动接触点C，使G中无电流通过，

此时AC上的电位降等于标准电池的电动势，又因

AB是均匀电阻，故有

ENAC VABAB

而当K与待测电池EX连接时，移动触点C'，使回路

中G上电流为零，则：

图1

对消法原理示意图

EXAC' VAB AB EXAC' ENAC

在温度一定时，标准电池电动势EN是定值，只要测量AC和AC'，就可求得待测电池的电动势EX。

三、仪器和药品：

仪器和材料：UJ—25型直流电位差计(或数字式电位差综合测试仪)；直流复射式检流计（10-9A/mm）；毫安表；标准电池；甲级干电池（甲电池）；饱和甘汞电极；银电极；银丝（纯度99.5%）；KNO3盐桥；10mL小烧杯；电阻箱。

药品：饱和KCl溶液； 0.0200 mol·L-1KCl溶液；0.1 mol·L-1HCl溶液；稀氨水。

四、实验步骤：

1．Ag/AgCl电极制备

取经退火处理过、直径约为0.5mm的银丝3根，

用金相砂纸擦至发亮以除去银丝表面的氧化物，然后

在稀氨水中浸泡数分钟。取出用高纯度水洗净，再用

滤纸吸干备用。将其中二根银丝作阳极，另一根作阴

极，分别插入0.1M的HCl溶液中，按图2所示的线

路接通电路，调节电阻使阴极电流密度大约为

5mA/cm2，电解20分钟，使银丝表面覆盖一层棕黑色

的AgCl镀层。镀层以均匀、致密为好。电解完毕取

出制好的电极，用纯水洗净，再用滤纸吸干（但不可用滤纸摩擦，以防镀层剥落）。由于拉丝时引入杂质，电极电位偏 图2 电极制备装置示意图 差最大可达±5mV，但该电极稳定性尚好，可用作参比电极。 1，2-银电极；3-电阻箱；4-电源

电极制备：

电流值的选取（按电流密度3mA/cm2,浸入0.1MHCl中，长度为2cm(2根)，银丝直径为0.5mm计算）

银丝表面积2∏R*h=∏DⅡ*h

I=PI*S=5mA/cm2*{∏*0.5*10ˉ1*2cm/根*2根}=3.14mA， 取3mA

若银丝长度为3cm,则I=PI*S=5mA/cm2*[3.14*0.5*10-1*3cm/根*2根]=4.2mA约

4.5mA

在HDY-1恒电流仪上，若量程为10mA，电流量为-0.3mA, 电压为+

-0.45mA*(10mA)=4.5mA

此时，红色夹子为“+”极，通过的电流密度为5mA/cm2

2. 盐桥的制备

所谓“盐桥”，是指正负离子迁移数比较接近的盐类溶液（如KCl、KNO3和NH4NO3等水溶液）所构成的桥，用来连接两个半电池中的两个溶液，使其不直接接 …… 此处隐藏：5189字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……