原电池电动势测定应用物化实验报告.doc

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一、实验目的
掌握电位差计的丈量原理和丈量电池电动势的方法;
掌握电动势法测定化学反响热力学函数变化值的相关原理和方法;
加深对可逆电池,可逆电极、盐桥等观点的理解;
认识可逆电池电动势测定的应用;
依据可逆热力学系统的要求设计可逆电池,测定其在不一样温度下的电动势值,计算电池反响的热力学函数△G、△S、△H。
二、实验原理
:
原电池电动势不可以能用伏特计直接丈量,由于电池与伏特计连结后有电流经过,就会在
电极上发生生极化,结果使电极偏离均衡状态。此外,电池自己有内阻,所以伏特计测得的
不过不行逆电池的端电压。而丈量可逆电池的电动势,只好在无电流经过电池的状况下进行,
所以,采纳抵消法。抵消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源,这样
待测电池中没有电流经过,外加电源的大小即等于待测电池的电动势。
:
Hg|HgCl(s)|KCl(饱和)||AgNO
3
mol/L)|Ag
2
2
依据电极电位的能斯特公式,正极银电极的电极电位:
此中
Ag/Ag
(t25);而Ag/Ag
Ag/Ag
RTln
1
F
aAg
负极饱和甘汞电极电位因其氯离子浓度在必定温度下是个定值,故其电极电位只与温度有
关,其关系式:

φ饱和甘汞

=

-(t

–

25)
而电池电动势

E理论

Ag/Ag

—

饱和甘汞;能够算出该电池电动势的理论值。

与测定值
比较即可。
△G、△H和△S:
假如原电池内进行的化学反响是可逆的,且电池在可逆条件下工作,则此电池反响在定温定
压下的吉布斯函数变化△G和电池的电动势E有以下关系式:
rGm=-nFE
从热力学可知:
H=-nFE+△S
:
①盐桥的制备不使用:重复丈量中须注意盐桥的两头不可以对换;
②电极不要接反;
三、.实验仪器及用品

SDC数字电位差计、饱和甘汞电极、光明铂电极、银电极、250mL烧杯、20mL烧杯、U形管

L的硝酸银溶液、饱和氯化钾溶液、硝酸钾、琼脂
四、实验步骤

3%琼脂-饱和硝酸钾盐桥的制备方法:在250mL烧杯中,加入100mL蒸馏水和3g琼脂,盖上表
面皿,放在石棉网上用小火加热至近沸,持续加热至琼脂完整溶解。而后加入40g硝酸钾,
充分搅拌使硝酸钾完整溶解后,趁热用滴管将它灌入洁净的U形管中,两头要装满,中间不
能有气泡,静置待琼脂凝结后即可使用。制备好的盐桥丌使用时应浸入饱和硝酸钾溶液中,
防备盐桥干枯。

将饱和甘汞电极插入装有饱和硝酸钾溶液的广口瓶中。将一个20mL小烧杯洗净后,用数毫
升L的硝酸银溶液连同银电极一同淌洗,而后装此溶液至烧杯的2/3处,插入银电极,用硝酸
钾盐桥不饱和甘汞电极连结组成电池。

①依据Nernst公式计算实验温度下电池(I)的电动势理论值。
②正确接好丈量电池(I)的线路。电池与电位差计连结时应注意极性。盐桥的两支管应标
号,让标负号的一端一直不含氯离子的溶液接触。仪器要注意摆布合理并便于操作。
③用SDC数字电位差计丈量电池(I)的电动势。每隔2min测一次,共测三次。
④接通恒温槽电源进行恒温,℃、℃,温度颠簸范围要求控制在正负
℃以内。把被测电池放入恒温槽中恒温15min,同时将原电池引出线连结到SDC型数字式
电位差计的待测接线柱上(注意正负极的连结),测定其电动势,每5分钟测1次,直至电位
差计念书稳固为止。
⑤丈量完成后,倒去两个小烧杯的溶液,洗净烧杯的溶液。
五、实验数据记录与办理
1、电动势的测定
Ag/Ag
(t
25);
Ag/Ag
Ag/Ag
RTln
1;
FaAg
φ饱和甘汞=
-(t–25);
经过以上三式可求得电池电动势
E理论
—
饱和甘汞的理论值。
Ag/Ag
气压:
测定温度/℃测定值/V测定均匀值/V理论计算值/V相对偏差
测定次数第一次第二次第三次
%
%
2、热力学函数的测定—--测定△G、△S和△H。
作E-T图(见下列图),求得斜率为×10∧-4,
E-T图的直线方程为:
Y=X,故
=×10
∧-4
所以当T=298K时,
△rm
×=J/mol=
kJ/mol
G=-nFE=-1×96500
由于所以△S=1×96500××10∧-4)=
J/(mol·K)
由于△H=△rGm+T△S,所以△H=热力学函数
序次
t/℃T/KE/V
△H(KJ/mol)
1
298
×10
∧-4
2
308
3、将实验所得的电池反响的热力学函数变化值和理论值进行比较
电池总反响
Hg(l)
Cl(
饱和
)
Ag
(
aq
)1
()
(
s
)
Hg2Cl2
s
Ag
2
查参照文件得
Ag+(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c)在298K时各自的的标准生成焓变
fHom、标准
生成自由能变f
m
m
,由此计算出电池反响的
fm
fm
、
fm
以下所示.
Go
及标准熵So
Ho、
Go
So
+
f
m
、
fm
、
fm
Ag(aq)、Cl-(aq)、AgCl(c)的
Ho
Go
So
fHom(298K)/kJ/mol
fGom(298K)/kJ/mol
Som298K/J/(mol·K)
Hg(l)
0
0
Ag+(aq)
Cl—(aq)
Hg2Cl2(s)
Ag(s)
0
0
电池反响
而热力学函数(
298K)的理论值:
rGom=kJ/mol
;
rSom=J/(mol·K);
rHom=
kJ/mol
则对照文件值可得:
rGom相对偏差:(())/=%
rSom相对偏差:(())/=%
rHom相对偏差:(-())/=%
六、剖析与议论
依据上述实验结果,可知本次实验偏差较大,经议论以为惹起的偏差主要有以下几点:
1)用抵消法测电动势时,要求电流为0,达到可逆电池的要求,但在实验过程中,调理时
电路中总有细小电流经过,而产生极化现象。但当外加电压大于电动势时,原电池相当于电解池,使反响电势增添;相反,当外电压小于电动势时,原电池放电极化,使反响电势降低,
这会影响实验结果的测定。并且有少许电流也会使内阻分走部分电压,致使丈量电压其实不等于电动势而等于外电路电压。
2)在本次实验中,我们只进行了两组不一样温度的数据丈量,使用的热力学计算方法均为粗
略计算,作E-T图也不过2个数据点,因数据办理方法大略,所以计算结果相对偏差也较大。
所以应当进行更多组在不一样温度下的测定,绘出δE/δT的关系图,拟合线性,求出斜率,
这样偏差才小。
3)本实验测定的其实不是可逆电池,但在溶液间插入了盐桥,近似地看作可逆电池来办理。
往常,常用的盐桥是氯化钾盐桥,离子相对迁徙速率较为一致。但关于硝酸银溶液,不可以使
用氯化钾盐桥,而是采纳了硝酸钾盐桥。固然硝酸钾盐桥的正负离子迁徙数较靠近,可是它
们与通电极无共同离子,因此在使用时会改变参照电极的浓度和引入外来离子,进而可能改
变参照电极电位,造成实验偏差。
4)此次实验中有好多的近似办理,比方液接电势、接触电势和扩散电势的忽视,电池近似
办理为可逆电池等等。因此,实验结果与实质值有必定的偏差。
5)调理电桥均衡的操作时间应尽可能的短,不然电极上较长时间的有电流经过,会发生电池反响使得溶液浓度降落、电极表面极化,这样可逆电极变为不行逆的,会给实验带来较大偏差。而实验中所用仪器不稳固,需要较长的时间才能大概调理到均衡,即便是同一个电动
势值,在很短的时间内测得的数据都有较大颠簸,所以不可以很快调理到均衡也会造成实验的偏差;
6)实验过程中,恒温槽温度存在颠簸,会造成不稳固,℃左右颠簸。④恒温槽温
度存在颠簸,所以在实验测定过程中,电池反响其实不完整部是在同一温度下进行,进行数据处
理时也会带来必定的偏差。在别的实验中采纳盐桥来除去液接电位,但实质实验中不可以保证盐桥能够完整除去液接电位。
7)本实验的理论参照数据是在标准状况下的数值,而实验过程中的温度和大气压都有变化,
所以也存在必定的偏差。
七、思虑题
1、为什么测电动势要用抵消法,抵消法的原理是什么
答:原电池电动势不可以直接用伏特计来丈量,由于电池与伏特计接通后会有电流经过,在电
池两级上会存在极化现象,使电极偏离均衡状态,此外,电池自己有内阻,伏特计丈量获得
的仅是不行逆电池的端电压。采纳抵消法(又叫赔偿法)可在无电流或很小电流经过电池的
状况下正确测定电池的电动势。
抵消法的原理是: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
中没有电流经过,外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。
2、测电动势为什么要用盐桥,怎样采纳盐桥以适应各样不一样的系统
答:盐桥可将液接电势降低到最小的作用。选择盐桥的原则是:盐桥中的盐浓度尽量大(一
般用饱和溶液),正负离子迁徙数靠近,与电池中的电解质不发生反响。所选用的
KNO3的
在水中的溶解度很大,
正负负离子迁徙数靠近,
与大部分电解质不发生反响,
故能够作为大
多半系统的盐桥。
3、用测电动势的方法求热力学函数有何优胜性
答:电动势测定法比其余方法(比如量热法)更精准,偏差更小。由于电池电动势能够测得很准,其数据较化学方法正确靠谱。
参照文件:
何广平,南俊民,,2008,92-99
傅献彩,沈文霞,,2008:64-65
[J].(35)
[4]凌勋利,王晔,韩民乐,[J].洛
(02)