【原电池电动势的测定实验报告】原电池电动势的测定实验报告
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原电池电动势的测定实验报告1实验目的
1.掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作技术
2.学会几种电极和盐桥的制备方法
3.学会测定原电池电动势并计算相关的电极电势
实验原理
凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。
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,即测量时通过电池的电流应为无限小。
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,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可满足通过电池电流为无限小的条件。电位差计测定电动势的原理称为对消法,可使测定时流过电池的电流接近无限小,从而可以准确地测定电池的电动势。
可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为 φ+,负极电势为 φ-,则电池电动势 E = φ+ - φ- 。
电极电势的绝对值无法测定,手册上所列的电极电势均为相对电极电势,即以标准氢电极作为标准,规定其电极电势为零。将标准氢电极与待测电极组成电池,所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便,常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出,具体的电极电位可参考相关文献资料。
以饱和甘汞电极与铜/硫酸铜电极或锌/硫酸锌电极组成电池,测定电池的电动势,根据甘汞电极的电极电势,可推得这两个电极的电极电势。
仪器和试剂
SDC-II型数字式电子电位差计,铜电极,锌电极,饱和甘汞电极,0.1 mol?L-1 CuSO4 溶液,0.1 mol?L-1 ZnSO4 溶液,饱和 KCl 溶液。
实验步骤
1. 记录室温,打开SDC-II型数字式电子电位差计预热 5 分钟。将测定旋钮旋到“内标”档,用1.00000 V电压进行“采零”。
2. 电极制备:先把锌片和铜片用抛光砂纸轻轻擦亮,去掉氧化层,然后用水、蒸馏水洗净,制成极片。
3. 半电池的制作:向两个 50 mL 烧杯中分别加入 1/2 杯深 0.1000 mol?L-1 CuSO4 溶液和0.1000 mol?L-1 ZnSO4 溶液,再电极插入电极管,打开夹在乳胶管上的弹簧夹,将电极管的尖嘴插入溶液中,用洗耳球从乳胶管处吸气,使溶液从弯管流出电极管,待电极一半浸没于溶液中时,用弹簧夹将胶管夹住,提起电极管,保证液体不会漏出电极管,如有滴漏,检查电极是否插紧。
4. 原电池的制作:向一个 50 mL 烧杯中加入约 1/2 杯饱和氯化钾溶液,将制备好的两个电极管的弯管挂在杯壁上,要保证电极管尖端上没有气泡,以免电池断路。
5. 测定铜锌原电池电动势:将电位差计测量旋钮旋至测定档,接上测量导线,用导线上的鳄鱼夹夹住电极引线,接通外电路。
从高位到低位逐级调整电位值,观察平衡显示。在高电位档调节时,当平衡显示从OVL跳过某个数字又跳回OVL时,将该档退回到低值,再调整下一档。在低电位档调节时,调节至平衡显示从负值逐渐小,过零后变正值时,将该档回到低值,继续调整下一档。直至调整到最后一位连续调节档。当平衡显示为零或接近于零时,读出所调节的电位值,此即该电池的电动势。
6. 测定电极电势:取出饱和甘汞电极,拔去电极头上的橡皮帽,置于烧杯中。将测量导线的两个鳄鱼夹分别夹在锌电极和甘汞电极上,同上法测定电动势。再同样测量由铜电极和甘汞电极组成的电池的电动势。根据所测得的电动势及甘汞电极的电极电势,计算所测量电极的电极电势。
思考题
1.如何正确使用电位差计?
2.参比电极应具备什么条件?
3.若电池的极性接反了,测定时会发生什么现象?
4.盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则?
原电池电动势的测定实验报告2一、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。
4、 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。
试剂:0.200mol·LKCl溶液
四、实验步骤:
1、 配制溶液。
将0.200 mol·L的KCl溶液分别稀释成0.0100 mol·L,0.0300 mol·L,0.0500 mol·L,0.0700mol·L,0.0900 mol·L各100mL。
2、 根据补偿法原理连接电路,恒温槽恒温至25℃。
3、 将转换开关拨至N处,调节工作电流调节旋钮粗。中、细,依次按下电计旋钮粗、细,直至检流计示数为零。
4、 连好待测电池,Hg |Hg2Cl2,KCl(饱和)‖KCl(c)|AgCl |Ag
5、 将转换开关拨至X1位置,从大到小旋转测量旋钮,按下电计按钮,直至检流计示数为零为止,6个小窗口的读数即为待测电极的电动势。
6、 改变电极中c依次为0.0100 mol·L,0.0300 mol·L,0.0500 mol·L,0.0700 mol·L,0.0900mol·L,测各不同浓度下的电极电势Ex。
五、实验数据记录和处理
室温15.3℃;大气压102.63KPa;EN=1.018791233V
饱和甘汞电极的电极电势与温度的关系为
E/V=0.2415-7.6*10ˉ?(t/℃-25)=0.2341V
0.01000.03000.05000.0700浓度/mol·Lˉ? 电动势/V E(Clˉ|AgCl) lg?Clˉ
0.09730.3314 -2.0000
0.07690.3110 .5229
0.06580.29999 .3010
0.05930.2934 .1549
0.09000.05320.2873 .0458
由外推法可知:?(Clˉ|AgCl)=0.24V 查得文献值E(Cl|AgCl)=0.2221V
相对偏差Er=((0.24-0.2221)/0.2221)×100%=8%
六、实验结果与分析
R?=0.9984,可见本次实验线性拟合较好。
误差分析:补偿法必须使回路中电流为零,但是电流为零是理想条件,实际过程中难免会有电流通过(调节过程中),所以原电池或多或少会有极化现象,因此存在误差。
所以我们测电压时要动作迅速,时间久了误差会变大。检流计只需要基本不偏转即可。
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