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原電池電動勢的測定實(shí)驗報告
原電池電動勢的測定實(shí)驗報告1
實(shí)驗?zāi)康?/strong>
1.掌握可逆電池電動勢的測量原理和電位差計的操作技術(shù)
2.學(xué)會幾種電極和鹽橋的制備方法
3.學(xué)會測定原電池電動勢并計算相關(guān)的電極電勢
實(shí)驗原理
凡是能使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置都稱之為電池(或原電池)。
可逆電池應(yīng)滿足如下條件:
(1)電池反應(yīng)可逆，亦即電池電極反應(yīng)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，即充放電過程必須在平衡態(tài)下進(jìn)行，即測量時通過電池的電流應(yīng)為無限小。
因此在制備可逆電池、測定可逆電池的電動勢時應(yīng)符合上述條件，在精確度不高的測量中，用正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類構(gòu)成“鹽橋”來消除液接電位;用電位差計測量電動勢可滿足通過電池電流為無限小的條件。電位差計測定電動勢的原理稱為對消法，可使測定時流過電池的電流接近無限小，從而可以準(zhǔn)確地測定電池的電動勢。
可逆電池的電動勢可看作正、負(fù)兩個電極的電勢之差。設(shè)正極電勢為 φ+，負(fù)極電勢為 φ-，則電池電動勢 E = φ+ - φ- 。
電極電勢的絕對值無法測定，手冊上所列的電極電勢均為相對電極電勢，即以標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其電極電勢為零。將標(biāo)準(zhǔn)氫電極與待測電極組成電池，所測電池電動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(wěn)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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，測定電池的電動勢，根據(jù)甘汞電極的電極電勢，可推得這兩個電極的電極電勢。
儀器和試劑
SDC-II型數(shù)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SDC-II型數(shù)字式電子電位差計預(yù)熱 5 分鐘。將測定旋鈕旋到“內(nèi)標(biāo)”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 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，待電極一半浸沒于溶液中時，用彈簧夾將膠管夾住，提起電極管，保證液體不會漏出電極管，如有滴漏，檢查電極是否插緊。
4. 原電池的制作：向一個 50 mL 燒杯中加入約 1/2 杯飽和氯化鉀溶液，將制備好的兩個電極管的彎管掛在杯壁上，要保證電極管尖端上沒有氣泡，以免電池斷路。
5. 測定銅鋅原電池電動勢：將電位差計測量旋鈕旋至測定檔，接上測量導(dǎo)線，用導(dǎo)線上的鱷魚夾夾住電極引線，接通外電路。
從高位到低位逐級調(diào)整電位值，觀察平衡顯示。在高電位檔調(diào)節(jié)時，當(dāng)平衡顯示從OVL跳過某個數(shù)字又跳回OVL時，將該檔退回到低值，再調(diào)整下一檔。在低電位檔調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)至平衡顯示從負(fù)值逐漸小，過零后變正值時，將該檔回到低值，繼續(xù)調(diào)整下一檔。直至調(diào)整到最后一位連續(xù)調(diào)節(jié)檔。當(dāng)平衡顯示為零或接近于零時，讀出所調(diào)節(jié)的'電位值，此即該電池的電動勢。
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(dǎo)線的兩個鱷魚夾分別夾在鋅電極和甘汞電極上，同上法測定電動勢。再同樣測量由銅電極和甘汞電極組成的電池的電動勢。根據(jù)所測得的電動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(yīng)具備什么條件?
3.若電池的極性接反了，測定時會發(fā)生什么現(xiàn)象?
4.鹽橋有什么作用?選用作鹽橋的物質(zhì)應(yīng)有什么原則?
原電池電動勢的測定實(shí)驗報告2
一、實(shí)驗?zāi)康暮鸵?/strong>
用補(bǔ)償法測量原電池電動勢，并用數(shù)學(xué)方法分析
二、實(shí)驗原理：
補(bǔ)償法測電源電動勢的原理：
必須嚴(yán)格控制電流在接近于零的情況下來測定電池的電動勢，因為有電流通過電極時，極化作用的存在將無法測得可逆電動勢。
為此，可用一個方向相反但數(shù)值相同的電動勢對抗待測電池的電動勢，使電路中沒有電流通過，這時測得的兩級的電勢差就等于該電池的電動勢E。
如圖所示，電位差計就是根據(jù)補(bǔ)償法原理設(shè)計的'，它由工作電流回路、標(biāo)準(zhǔn)回路和測量電極回路組成。
① 工作電流電路：首先調(diào)節(jié)可變電阻RP，使均勻劃線AB上有一定的電勢降。
② 標(biāo)準(zhǔn)回路：將變換開關(guān)SW合向Es，對工作電流進(jìn)行標(biāo)定。借助調(diào)節(jié)Rp使得IG=0來實(shí)現(xiàn)Es=UCA。 ③ 測量回路：SW扳回Ex，調(diào)節(jié)電勢測量旋鈕，直到IG=0。讀出Ex。
UJ-25高電勢直流電位差計：
1、 轉(zhuǎn)換開關(guān)旋鈕：相當(dāng)于上圖中SW，指在N處，即SW接通EN，指在X1，即接通未知電池EX。 2、 電計按鈕：原理圖中的K。
3、 工作電流調(diào)節(jié)旋鈕：粗、中、細(xì)、微旋鈕相當(dāng)于原理圖中的可變電阻RP。
4、 電勢測量旋鈕：中間6只旋鈕，×10，×10，×10，×10，×10，×10，被測電動勢由此示出。
三、儀器與試劑：
儀器：電位差計一臺，惠斯登標(biāo)準(zhǔn)電池一只，工作電源，飽和甘汞電池一支，銀—氯化銀電極一支，100mL容量瓶5個，50mL滴定管一支，恒溫槽一套，飽和氯化鉀鹽橋。
試劑：0.200mol·LKCl溶液
四、實(shí)驗步驟：
1、 配制溶液。
將0.200 mol·L的KCl溶液分別稀釋成0.0100 mol·L，0.0300 mol·L，0.0500 mol·L，0.0700mol·L，0.0900 mol·L各100mL。
2、 根據(jù)補(bǔ)償法原理連接電路，恒溫槽恒溫至25℃。
3、 將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至N處，調(diào)節(jié)工作電流調(diào)節(jié)旋鈕粗。中、細(xì)，依次按下電計旋鈕粗、細(xì)，直至檢流計示數(shù)為零。
4、 連好待測電池，Hg |Hg2Cl2，KCl(飽和)‖KCl(c)|AgCl |Ag
5、 將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至X1位置，從大到小旋轉(zhuǎn)測量旋鈕，按下電計按鈕，直至檢流計示數(shù)為零為止，6個小窗口的讀數(shù)即為待測電極的電動勢。
6、 改變電極中c依次為0.0100 mol·L，0.0300 mol·L，0.0500 mol·L，0.0700 mol·L，0.0900mol·L，測各不同濃度下的電極電勢Ex。
五、實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄和處理
室溫15.3℃;大氣壓102.63KPa;EN=1.018791233V
飽和甘汞電極的電極電勢與溫度的關(guān)系為
E/V=0.2415-7.6*10ˉ?(t/℃-25)=0.2341V
0.01000.03000.05000.0700濃度/mol·Lˉ? 電動勢/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 查得文獻(xiàn)值E(Cl|AgCl)=0.2221V
相對偏差Er=((0.24-0.2221)/0.2221)×100%=8%
六、實(shí)驗結(jié)果與分析
R?=0.9984，可見本次實(shí)驗線性擬合較好。
誤差分析：補(bǔ)償法必須使回路中電流為零，但是電流為零是理想條件，實(shí)際過程中難免會有電流通過(調(diào)節(jié)過程中)，所以原電池或多或少會有極化現(xiàn)象，因此存在誤差。
所以我們測電壓時要動作迅速，時間久了誤差會變大。檢流計只需要基本不偏轉(zhuǎn)即可。
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