科學(xué)實(shí)驗報告

科學(xué)實(shí)驗報告

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　　實(shí)驗目的

　　1.掌握可逆電池電動(dòng)勢的測量原理和電位差計的操作技術(shù)

　　2.學(xué)會(huì )幾種電極和鹽橋的制備方法

　　3.學(xué)會(huì )測定原電池電動(dòng)勢并計算相關(guān)的電極電勢

　　實(shí)驗原理

　　凡是能使化學(xué)能轉變?yōu)殡娔艿难b置都稱(chēng)之為電池(或原電池)。

　　可逆電池應滿(mǎn)足如下條件:

　　(1)電池反應可逆，亦即電池電極反應可逆;(2)電池中不允許存在任何不可逆的液接界;(3)電池必須在可逆的情況下工作，即充放電過(guò)程必須在平衡態(tài)下進(jìn)行，即測量時(shí)通過(guò)電池的電流應為無(wú)限小。

　　因此在制備可逆電池、測定可逆電池的電動(dòng)勢時(shí)應符合上述條件，在精確度不高的測量中，用正負離子遷移數比較接近的鹽類(lèi)構成“鹽橋”來(lái)消除液接電位;用電位差計測量電動(dòng)勢可滿(mǎn)足通過(guò)電池電流為無(wú)限小的條件。電位差計測定電動(dòng)勢的原理稱(chēng)為對消法，可使測定時(shí)流過(guò)電池的電流接近無(wú)限小，從而可以準確地測定電池的電動(dòng)勢。

　　可逆電池的電動(dòng)勢可看作正、負兩個(gè)電極的電勢之差。設正極電勢為φ+，負極電勢為φ-，則電池電動(dòng)勢E = φ+ - φ- 。

　　電極電勢的絕對值無(wú)法測定，手冊上所列的電極電勢均為相對電極電勢，即以標準氫電極作為標準，規定其電極電勢為零。將標準氫電極與待測電極組成電池，所測電池電動(dòng)勢就是待測電極的電極電勢。由于氫電極使用不便，常用另外一些易制備、電極電勢穩定的電極作為參比電極。常用的參比電極有甘汞電極、銀-氯化銀電極等。這些電極與標準氫電極比較而得的電勢已精確測出，具體的電極電位可參考相關(guān)文獻資料。

　　以飽和甘汞電極與銅/硫酸銅電極或鋅/硫酸鋅電極組成電池，測定電池的電動(dòng)勢，根據甘汞電極的電極電勢，可推得這兩個(gè)電極的電極電勢。

　　儀器和試劑

　　SDC-II型數字式電子電位差計，銅電極，鋅電極，飽和甘汞電極，0.1 mol?L-1 CuSO4溶液，0.1 mol?L-1 ZnSO4溶液，飽和KCl溶液。

　　實(shí)驗步驟

　　1.記錄室溫，打開(kāi)SDC-II型數字式電子電位差計預熱5分鐘。將測定旋鈕旋到“內標”檔，用1.00000 V電壓進(jìn)行“采零”。

　　2.電極制備：先把鋅片和銅片用拋光砂紙輕輕擦亮，去掉氧化層，然后用水、蒸餾水洗凈，制成極片。

　　3.半電池的制作：向兩個(gè)50 mL燒杯中分別加入1/2杯深0.1000 mol?L-1 CuSO4溶液和0.1000 mol?L-1 ZnSO4溶液，再電極插入電極管，打開(kāi)夾在乳膠管上的彈簧夾，將電極管的尖嘴插入溶液中，用洗耳球從乳膠管處吸氣，使溶液從彎管流出電極管，待電極一半浸沒(méi)于溶液中時(shí)，用彈簧夾將膠管夾住，提起電極管，保證液體不會(huì )漏出電極管，如有滴漏，檢查電極是否插緊。

　　4.原電池的制作：向一個(gè)50 mL燒杯中加入約1/2杯飽和氯化鉀溶液，將制備好的兩個(gè)電極管的彎管掛在杯壁上，要保證電極管尖端上沒(méi)有氣泡，以免電池斷路。

　　5.測定銅鋅原電池電動(dòng)勢：將電位差計測量旋鈕旋至測定檔，接上測量導線(xiàn)，用導線(xiàn)上的鱷魚(yú)夾夾住電極引線(xiàn)，接通外電路。

　　從高位到低位逐級調整電位值，觀(guān)察平衡顯示。在高電位檔調節時(shí)，當平衡顯示從OVL跳過(guò)某個(gè)數字又跳回OVL時(shí)，將該檔退回到低值，再調整下一檔。在低電位檔調節時(shí)，調節至平衡顯示從負值逐漸小，過(guò)零后變正值時(shí)，將該檔回到低值，繼續調整下一檔。直至調整到最后一位連續調節檔。當平衡顯示為零或接近于零時(shí)，讀出所調節的電位值，此即該電池的電動(dòng)勢。

　　6.測定電極電勢：取出飽和甘汞電極，拔去電極頭上的橡皮帽，置于燒杯中。將測量導線(xiàn)的兩個(gè)鱷魚(yú)夾分別夾在鋅電極和甘汞電極上，同上法測定電動(dòng)勢。再同樣測量由銅電極和甘汞電極組成的電池的電動(dòng)勢。根據所測得的電動(dòng)勢及甘汞電極的電極電勢，計算所測量電極的電極電勢。

　　思考題

　　1.如何正確使用電位差計?

　　2.參比電極應具備什么條件?

　　3.若電池的極性接反了，測定時(shí)會(huì )發(fā)生什么現象?

　　4.鹽橋有什么作用?選用作鹽橋的物質(zhì)應有什么原則?

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