电动势的测定

基础物理化学实验报告

实验编号： 4.1 实验名称：电动势的测定

班级＿＿＿组号 实验人姓名：＿＿ 同组人姓名： 指导老师：

实验日期：

一、 实验目的：

1通过电池和电极电势的测定，加深理解可逆电池的电动势可逆电极电势的概念。

2了解ZD-WC电子电位差计的测量原理和使用方法。 二、 实验原理 ：

原电池是化学能变为电能的装置，它由两个“半电池”组成，每个半电池中有一个电极和相应的电解质溶液。电池的电动势为组成该电池的两个半电池的电极电势的代数和，即E=E+-E-。E+是正极的电极电位，E-是负极的电极电位，常用盐桥来降低液接电势。

电极电势的大小于与电极的性质和溶液中有关离子的活度有关，以铜-锌电池为例：

RTCuEElnC (1) u2F2CuRTZnEElnZ (2) n2F2Zn22RTRTCuznZn (3) EEEEElnElnCZun2F2F22ZCunCuEEE，设1（） CZnCZuun分别为铜电极和锌电极的标准电极电势。 EC和EZun 由化学热力学可知，在恒温，恒压和可逆条件下，电池反应的吉布斯能变化与电池的电动势存在 △G= -n FE 关系，若要通过测定E求取 △G ，则电池本身必须是可逆的，不过在精确度要示不高的测量中，如果出现了液体接界电势，经常用盐桥来消除。

本实验用饱和KC l 溶液做盐桥 。 三、 实验仪器，药品及材料：

ZD-WC精密数字电子电位差计，电极管，50mL烧杯3个，250mL烧杯1个，400mL烧杯1个，饱和甘汞电极一个，ZnSO4(0.1000mol/L),CuSO4(0.1000mol/L) ,饱和KC l溶液，镀铜溶液，稀硫酸溶液，6mol /L硝酸溶液。

四、实验步骤：

1．电极的制备：

(1)锌电极的制备：剪一小块锌片,用砂纸磨光，然后用焊笔将锌片与焊丝进行实焊,将所得的用稀硫酸洗净其氧化

层，然后用蒸馏水冲洗，然后浸入饱和硝酸亚汞溶液中3－5秒使其汞齐化，取出后用滤纸擦亮其表面，并用蒸馏水淋洗，使锌电极表面上有一层均匀的汞齐。将处理好的锌电极直接插入盛有0.1000mol/L的硫酸锌溶液的电极管中。

(2)铜电极的制备：将铜电极用砂纸打光，再将铜片在硝酸内洗片刻，再用蒸馏水淋洗，然后放入镀铜溶液中镀一层铜于其表面上，镀好后用蒸馏水冲洗，再用少许0.1000mol/L CuSO4溶液冲洗两次，然后插入盛有0.1000mol/L硫酸铜溶液的电极管中。

2测量电池的电动势： （1） 接好电动势的测量电路 （2） 室温下标准电池的电动势值： E=1.01865-4.0610（t-20）-9.510(t-20) =1.01865-4.0610 =1.01859V

（3） 按计算得的标准电池电动势值标定电位差计的

工作电流。

（4） 测量下列各电池电动势：

Zn|ZnSO4(0.1000mol/l) || CuSO4(0.1000mol/l) |Cu Zn|ZnSO4(0.1000mol/l) ||KC l(饱和)|Hg2Cl2|Hg Hg|Hg2Cl2||KCl(饱和)| CuSO4(0.1000mol/l) |Cu

-5-7

-5

-7

2

（21.5-20）-9.510(21.5-20)

2

三个原电池的电动势，步骤与上面相同，记录所测得

的电动势数值。

（5）关闭电位差计电源开关，收好。将用过的小烧杯

清洗干净。实验结束。

五、实验结果及数据处理： 原始数据计录：

标准电动势=1.01859V 室温=21.5◦C

即 T=(273.15+21.5)K=294.65K

待测原电池 实测电动势（V） Cu-Zn电池 1.10139 Cu-Hg电池 Hg-Zn电池 0.04769 1.05989 数据处理： （1）根据E=0.2415-7.610（T-298) 可得室温时饱和甘-4汞电极的电极电势 E=0.2415-7.610（T-298.15）

-4

=0.2415-7.610（294.65-298.15）

-4

=0.24177V

（2）计算下列电池电动势的理论值：

Zn|CuSO4(0.1mol/l) || CuSO4(0.1mol/l) |Cu dzn-5-1 由dT=9.110V∙K得： zn(294.65K)- zn(298.15K) =9.110V∙K(294.65K-298.15K) -5-1☉☉=9.110V∙K-5-1(-3.5K) =-3.1910V -4

Z n(294.65K)=- 3.1910V+ Z n(298.15K) ☉-4☉ =- 3.1910V+(-0.7628V) -4 =-0.76312V 由dcu=8.010V∙K得： -6-1dTCu(294.65K)- Cu(298.15K) =8.010V∙K (294.65K-298.15K) -6-1☉☉ =8.010V∙K-6-1(-3.5K) -5☉ =-2.810-5V Cu(294.95K)= -2.810V+ Cu(298.15K) ☉ =-2.810V+0.337V -5 =0.33697V 离子平均活度系数 γ± 25◦C为：

电解质 CuSO4 ZnSO4 Ɑ Zn

2+

浓度 0.1mol/l 0.16 0.15 = γ∙CZn2+=0.150.1mol/l=0.015 mol/l = γ∙CCu2+=0.16 0.1mol/l=0.016 mol/l

Ɑ Cu

2+

Cu-Z n电池理论电动势值： E= Cu☉- Z n☉-(RT)ln( ɑ2FZn2+/ ɑcu2+) 8.314294.50.015 =0.33697V–(-0.76312V)-ln2965000.016 =1.10091V 理论值与真实值的比较： E理 =1.10091V E实 =1.10139V 可求得其相对偏差d r=Cu-Z n电池

D r=（1.10139-1.10091）/1.10091100%=0.044%

(3)对于Zn|ZnSO4(0.1mol/l) ||KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg可得: Zn(实际)= H g- E测量=0.24177V-1.05989V=-0.81812V Zn(理论)=Z n-(RT)ln(1/ ɑzn) ☉2+2F8.314294.51ln =-0.76312V-

2965000.015 =-0.81640V

D r=(Zn(实际)- Zn(理论))/ Zn(理论)

=｛(-0.81812V+0.81640V)/(-0.81640V)｝ 100% =-0.21%

(4)对于Hg|Hg2Cl2||KCl(饱和)| CuSO4(0.1mol/l) |Cu可得: Cu(实际)=H g + E测量=0.24177V+0.04769V=0.28946V Cu(理论)= Cu-RT☉2F ln( 1/ ɑCu) 2+8.314294.5 =0.33697V-ln(1/0.016)

296500 =0.28451V

D r= (Cu(实际)- Cu (理论))/ Cu (理论)

=｛(0.28946V-0.28451V)/ 0.28451V ｝ 100%

=1.72%

六、讨论及误差分析：

1、在实验操作过程中，检流计光标总是在零点前一位与零点徘 徊，说明测量回路有电流通过，所以E（测）≠E（理）。 2、电极处理时难免会有一些杂质残留在电极上而造成一定 误差,Cu电极处理要复杂一些所以Cu电极误差比较大一些 根据所测结果求得本实验的相对误差较小，故实验还是非常成功的，达到了预期的目的，通过电池和电极电势的测定，加深了可逆电池的电动势可逆电极电势的概念的理解。基本了解了ZD-WC电子电位差计的测量原理和使用方法。