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技術文章

電動勢測定實驗-實驗報告-所用儀器南大萬和EM-3C數字式電子電位差計

閱讀:86發布時間:2022-8-25

11.jpg產品型號:EM-3C

產品編號:EM-3C


產品詳細介紹:

實驗15   電動勢的測定

一、實驗目的

    1.掌握電位差計的測量原理和測定電池電動勢的方法。

    2.了解可逆電池、可逆電極、鹽橋等概念。

    3.測定嶺Ag+/Ag、ZnZn2+|電極電勢和Ag濃差電池電動勢。

二、實驗原理

1.對消法測電動勢的原理   

電池電動勢不能直接用伏特計來測量,因為電池與伏特計聯接后有電流通過,就會在電極上發生電極極化,結果使電極偏離平衡狀態。另外,電池本身有內阻,所以伏特計所量得的僅是不可逆電池的端電壓。測量電池電動勢只能在無電流通過電池的情況下進行,因此需用對消法(又叫補償法)來測定電動勢。對消法的原理是在待測電池上并聯一個大小相等、方向相反的外加電勢差,這樣待測電池中沒有電流通過,外加電勢差的大小即等于待測電池的電動勢。對消法測電動勢常用的儀器為電位差計,其簡單原理如圖15—1所示。電位差計由三個回路組成:工作電流回路、標準回路和測量回路。

    (1)工作電流回路

   圖為均勻沿線電阻,通過可變電阻及與上作電源萬構成回路,其作用是調節可變電阻R,使流過回路的電流成為某一定值。這樣AB上有一定的電位降低產生,工作電源E可用蓄電池或穩壓電源,其輸出電壓必須大于待測電池的電動勢。

   (2)標準回路

S為電動勢精確已知的標準電池,C是可在AB上移動的接觸點,K是雙向開關,KC間有一靈敏度很高的檢流計G,當K扳向S一方時,AC1GS回路的作用時校準工作回路的以確定AB上的電位降。如標準電池S的電動勢為1.01865伏,則先將C點移動到AB上標記1.01865伏的C1處,迅速調節R直至G中無電流通過。這時S的電動勢與AC1之間的電位降與AC1間的電位降大小相等、方向相反而對消。

    (3)測量回路

當雙向開關K換向X的一方時,用AC2GX回路根據校正好的AB上的電位降來測量未知電池的電動勢。在保證校準工作電流不變的情況下,在AB上迅速移動到C2點,使G中無電流通過,這時X的電動勢與AC1間的電位的電位降大小相等,方向相反而對消,于是C2點所標記的電位降為X的電動勢。由于使用過程中電流的電壓會有所變化,要求每次測量前均重新校準工作回路的電流。

2.電極電勢的測定原理

電池使由2個半電池組成的。電池電動勢是兩電極的代數和。當電勢都以還原電勢表示時,

以丹尼爾電池為例:Zn|Zn2+(a1)||Cu2+(a2)|Cu

負極反應:Zn→Zn2++2e-

正極反應:Cu2++2e-→Cu

電池反應:Zn+Cu2+→Cu+Zn2+

在電化學中,電極電勢的值至今還無法測定,而是以某一電極的電極電勢作為零,然后將其它的電極與它組成電池,規定該電池的電動勢為該被測電極的電極電勢。通常將標準氫電極(即氫氣為101325Pa下的理想氣體、溶液中“(H’)為1)的電極電勢規定為零。由于氫電極制備及使用不方便等缺點,一般常用另外一些制備工藝簡單、易于復制、電勢穩定的電極作為參比電極來代替氫電極。常用的有甘汞電極和氯化銀電極等,這些電極與標準氫電極比較而得到的電勢已精確測定。本實驗要求制備鋅電極、銀電極,然后用飽和甘汞電極作參比電核,測量達兩個電極的電極電勢、測量銀濃差電池的電動勢。

三、儀器與藥品   詳見   /product_view.asp?id=74

儀器生產廠家:南大萬和

配置:EM-2B,EM-3C,EM-3D 數字式電子電位差計,韋斯頓標準電池(或SU-1A精密穩壓電源)銀電極,鉑電極,飽和甘汞電極,鹽橋玻璃管,H型電池。

技術參數:
1、測量范圍: EM-2B ,EM-3C   0~1.99999V     EM-3D   0~±1.999999
2、精   度: 0.005%F·
S
3、分 辨 率: EM-2B ,EM-3C   0.01mV    EM-3D   0.001mV

精密電位差計(包括直流穩壓電源、分流器、補償電位計;標準電池、撿流計各1臺);半電油管3個;飽和甘汞電極1只、鋅電極1只;銀電極2只;15創小燒杯5個。

    0.1000mol/kg-1znS040.1000mol/kg-1AgCl0.1000mol/kg-1KCl、飽和KCl鹽橋、飽和KNO3鹽橋、飽和硝酸亞汞溶液。

四、實驗步驟

1.電極制備

(1)鋅電極

用拋光砂紙將鋅電極表面打磨光滑,然后用自來水沖洗,用濾紙擦干,再浸入飽和硝酸亞汞溶液中3—5秒,取出后用濾紙擦拭鋅電極,使鋅電極表面有一層均勻的汞齊,再用蒸餾水洗凈(注意:汞鹽有毒,用過的濾紙應投入的容器中,容器中應有水淹沒濾紙,切勿隨便亂丟)

(2)銀電極

    把兩根銀電極用拋光砂紙輕輕擦亮,再用蒸餾水洗凈擦干。把處理好的兩根噸電極浸入AgN島溶液中,測量其間的電動勢值。兩根電極間的電位差小于0.005伏方可在濃差電池中使用,否則,需重新處理電極或重新挑選電極。

2.半電池的制作

    (1)Zn|ZnSO4(0.1000mol/kg-1)半電池的制作

    如圖15-2安裝半電池。用洗耳球從支管D處將0.1000mol/kg-1ZnSO4溶液慢慢吸入半電池管少許,洗滌兩次后,吸入適量溶液,立即把D處夾緊。然后取出半電池,檢查管內有無氣泡以及溶液是否從管內流出。

    (2)Ag|AgNO3(0.1000mol/kg-1)半電池的制作:

    制作方法同(1)

    (3)Ag|Ag+(b)KCl(0.1000mol/kg-1)半電池的制作:

在干凈的小燒杯中加入0.1000mol/kg-1 KCl溶液,再加入—滴0.1000mol/kg-1AgNO3溶液,攪拌均勻,呈白色混濁溶液。特此溶液吸入插有銀電極的半電池管內,將D處夾緊,檢查有無漏氣。

    3.電動勢的測定

    (1)參看本書第二部分儀器8,弄懂電位差計的使用方法,并接好測量線路。

    (2)按室溫下的標準電池的電動勢值(見本書第二部分儀器7),對電位差計的工作電流進行標定。

(3)選擇合適的鹽橋,然后分別測量下列各電池的電動勢值:

Zn|ZnSO4(0.1000mol/kg-1)|飽和甘汞電極

⑧飽和甘汞電極|AgNO3(0.1000mol/kg-1)|Ag

⑧銀濃差電池電動勢

Ag|Ag+(b)KCl(0.1000mol/kg-1)|AgNO3(0.1000mol/kg-1)|Ag

五、關鍵操作及注意事項

    1.半電池管和小燒杯必須清洗干凈,實驗前先檢查半電池管是否漏氣。

    2.制作半電池以及將半電池插入鹽橋時,注意不要進入氣泡。

    3AgNO3:廢液必須倒入回收瓶中。

六、數據處理

   1.計算室沮下飽和甘汞電極的電極電勢,校正公式見本書第二部分儀器7

   2.根據所測電池電動勢的實驗值E實分別計算Zn+/Zn和Ag+/Ag的電極電勢(實驗值)

   3.從附表中查出25下鋅電極和銀電極的標準電極電勢及其濕度系數以及活度系數,由此計算室溫下鋅、銀的電極電勢,并與2的實驗值進行比較,求出相對誤差。

   4.根據所測得的銀濃差電池電動勢置,通過下述(4)、(5)式計算AgCl的溶度積。

對于稀薄水溶液,b與C在數值上相等,所以溶度積可表示為


七、思考與討論

    1.對消法測定電池電動勢的原理是什么?

    2.鹽橋的選擇原則和作用是什么?

    3.在測量過程中,若檢流計光點總是往一個方向偏轉,可能是什么原因?

    4.標準電池的構造以及使用時應注意什么?

   參考文獻:南京大學出版社   物理化學實驗   復旦大學物化實驗教材   山東大學物化實驗教材   南京南大萬和科技有限公司網站



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