科學實驗報告
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實驗目的
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
2.學會幾種電極和鹽橋的製備方法
3.學會測定原電池電動勢並計算相關的電極電勢
實驗原理
凡是能使化學能轉變為電能的裝置都稱之為電池(或原電池)。
可逆電池應滿足如下條件:
(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,即充放電過程必須在平衡態下進行,即測量時通過電池的電流應為無限小。
因此在製備可逆電池、測定可逆電池的電動勢時應符合上述條件,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構成“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,從而可以準確地測定電池的電動勢。
可逆電池的.電動勢可看作正、負兩個電極的電勢之差。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,所測電池電動勢就是待測電極的電極電勢。由於氫電極使用不便,常用另外一些易製備、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,測定電池的電動勢,根據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。
實驗步驟
1.記錄室温,打開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電壓進行“採零”。
2.電極製備:先把鋅片和銅片用拋光砂紙輕輕擦亮,去掉氧化層,然後用水、蒸餾水洗淨,製成極片。
3.半電池的製作: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,待電極一半浸沒於溶液中時,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.原電池的製作:向一個50 mL燒杯中加入約1/2杯飽和氯化鉀溶液,將製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,接上測量導線,用導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整電位值,觀察平衡顯示。在高電位檔調節時,當平衡顯示從OVL跳過某個數字又跳回OVL時,將該檔退回到低值,再調整下一檔。在低電位檔調節時,調節至平衡顯示從負值逐漸小,過零後變正值時,將該檔回到低值,繼續調整下一檔。直至調整到最後一位連續調節檔。當平衡顯示為零或接近於零時,讀出所調節的電位值,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,置於燒杯中。將測量導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?
2.參比電極應具備什麼條件?
3.若電池的極性接反了,測定時會發生什麼現象?
4.鹽橋有什麼作用?選用作鹽橋的物質應有什麼原則?
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