内容发布更新时间 : 2024/12/28 15:55:38星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

原电池电动势的测定

一、实验目的

1、测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势2、学会一些电极的制备和处理方法3、掌握电位差计的测量原理和正确使用方法

二、实验原理

原电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计接通后有电流通过，在电池两极上会发生极化现象，使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。

准确测定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，需用对消法测定原电池电动势：原理：是在待测电池上并联一个大小相等，方向相反

的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。

Ew-工作电源；EN-标准电池； EX-待测电池；R-调节电阻； RX-待测电池电动势补偿电阻； RN-标准电池电动势补偿电阻；

K-转换电键； G-检流计

电池由正、负两极组成。电池在放电过程中，正极起还原反应，负极起氧化反应，电池内部还可能发生其它反应。电池反应是电池中所有反应的总和。 电池除可用来作为电源外，

还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质。从化学热力学知道，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应有以下关系： ?G??nFE (9-1)式中△G是电池反应的吉布斯自由能增量；n为电极反应中得失电子的数目；F为法拉第常数(其数值为96500 C)；E为电池的电动势。所以测出该电池的电动势E后，便可求得

?G，进而又可求出其它热力学函数。但必须注意，首先要求电池反应本身是可逆的，即要

求电池电极反应是可逆的，并且不存在任何不可逆的液接界。同时要求电池必须在可逆情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此，在用电化学方法研究化学反应的热力学性质时，所设计的电池应尽量避免出现液接界，在精确度要求不高的测量中，出现液接界电势时，常用“盐桥”来消除或减小。 在进行电池电动势测量时，为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，采用电位差计测量。原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能测定出两个电极的电势，就可计算得到由它们组成的电池的电动势。由(9-1)式可推导出电池的电动势以及电极电势的表达式。下面以铜-锌电池为例进行分析。

电池表示式为：ZnZnSO4(m1)CuSO4(m2)Cu

符号“ ”代表固相（Zn或Cu）和液相（ZnSO4或CuSO4）两相界面；“ ”代表连通两个液相的“盐桥”；m1和m2分别为ZnSO4和CuSO4的质量摩尔浓度。 当电池放电时， 负极起氧化反应 正极起还原反应 电池总反应为

Zn?Zn2?(?Zn)?2e?

2?Cu2?(?Cu)?2e??Cu

2?2?2?Zn?Cu2?(?Cu)?Zn2?(?Zn)?Cu

电池反应的吉布斯自由能变化值为 ?G??G??RTln?Zn?Cu2???Cu??Zn （9-2）

2?上述式中?G为标准态时自由能的变化值；?为物质的活度，纯固体物质的活度等于1，则有

??Zn??Cu?1 （9-3）

在标准态时，?Zn2???Cu2??1，则有：

?G??G??-nFE? （9-4）

式中E为电池的标准电动势。由（9-1）至（9-4）式可解得：

?E?E??ZnRT （9-5） ?lnnF?Cu2?2?对于任一电池，其电动势等于两个电极电势之差值，其计算式为： E???(右，还原电势） （9-6） -?（左，还原电势）-对铜-锌电池而言

?????Cu2?，Cu- -RT1 （9-7） ln2?2F?(Cu)RT1ln （9-8） 2?，Zn2F?（Zn）???式中?Cu和是当?Zn2???Cu2??1时，铜电极和锌电极的标准电极电势。 2?,CuZn2?,Zn??-??Zn2?对于单个离子，其活度是无法测定的，但强电解质的活度与物质的平均质量摩尔浓度和平均活度系数之间有以下关系

?Zn2????m1 （9-9） ???m2 （9-10）

?Cu2?三、仪器与药品

UJ25型电位差计 1台 标准电池 1个 检流计 1台 直流稳压电源 1台 电流表 1台 电压表 1台 饱和甘汞电极 1支 铜、锌电极 电极管 金相砂纸 镀铜溶液(每升含五水合硫酸铜150g， 硫酸50ml，乙醇50ml) 硫酸锌(AR)、五水合硫酸铜（AR） 饱和氯化钾溶液 饱和硝酸亚汞

四、实验步骤

1.电极制备

?3 （1）锌电极 先用稀硫酸（约3mol?dm）洗净锌电极表面的氧化物，再用蒸馏水

淋洗，然后浸入饱和硝酸亚汞溶液中3～5 s，用镊子夹住一小团清洁的湿棉花轻轻擦拭电极，