原电池电动势的测定及应用(6页).doc
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1、-原电池电动势的测定及应用-第 5 页原电池电动势的测定及应用一、实验目的 1.掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作技术。 2.学会几种电极和盐桥的制备方法。 3.通过原电池电动势的测定求算有关热力学函数。 二、实验原理 凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。对定温定压下的可逆电池而言:(rGm)T,P = -Nfe 式中,F为法拉弟(Farady)常数; n为电极反应式中电子的计量系数;E为电池的电动势。 可逆电池应满足如下条件:(1)电池反应可逆,亦即电池电极反应可逆。(2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界。(3)电池必须在可逆的情况下工作,即充放电过程必须在平
2、衡态下进行,亦即允许通过电池的电流为无限小。因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件,在精确度不高的测量中,常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为+,负极电势为,则:E=+ 。电极电势的绝对值无法测定,手册上所列的电极电势均为相对电极电势,即以标准氢电极作为标准(标准氢电极是氢气压力为101325Pa,溶液中 为1),其电极电势规定为零。将标准氢电极与待测电极组成一电池,所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便,常用另外一些易
3、制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确测出,可参见相关附录。 1.求难溶盐AgCl的溶度积KSP 设计电池如下:Ag(S)-AgCl(S)HCl(0.1000molkg-1)AgNO3(0.1000molkg-1)Ag(S) 银电极反应: Ag+eAg;银氯化银电极反应: Ag + Cl-AgCl+e;总的电池反应为: Ag+Cl-AgCl; 又 式中n=1,在纯水中AgCl溶解度极小,所以活度积就等于溶度积。所以: 代入上式化简之有: 测得电池动势E,即可求KSP。 2.求电池反应的rGm、rSm、rHm、r
4、Gm 分别测定“1”中电池在各个温度下的电动势,作ET图,从曲线斜率可求得任一温度下的 ,利用公式,即可求得该电池反应的rGm、rSm、rHm rGm 3.求铜电极(或银电极)的标准电极电势 对铜电极可设计电池如下:Hg(l)-Hg2Cl2(S)KCl(饱和)CuSO4(0.1000molkg-1)Cu(S) 铜电极的反应为:Cu2+ + 2e Cu;甘汞电极的反应为:2Hg+2Cl-Hg2Cl2+2e;电池电动势:(饱和甘汞) 所以 (饱和甘汞) 已知 (饱和甘汞),测得电动势E,即可求得 。 对银电极可设计电池如下:Hg(l)-Hg2Cl2(S)KCl(饱和)AgNO3(0.1000mol
5、kg-1)Ag(S) 银电极的反应为:Ag+eAg;甘汞电极的反应为:2Hg+2Cl-Hg2Cl2+2e 电池电动势:(饱和甘汞) 所以(饱和甘汞) 4.测定浓差电池的电动势 设计电池如下:(m1) (m2) Cu(S)CuSO4(0.0100molkg-1)CuSO4(0.1000molkg-1)Cu(S) 电池的电动势 5.测定溶液的pH值 利用各种氢离子指示电极与参比电极组成电池,即可从电池电动势算出溶液的pH值,常用指示电极有:氢电极、醌氢醌电极和玻璃电极。今讨论醌氢醌(QQH2)电极。QQH2为醌(Q)与氢醌(QH2)等摩尔混合物,在水溶液中部分分解。它在水中溶解度很小。将待测pH溶
6、液用2饱和后,再插入一只光亮Pt电极就构成了QQH2电极,可用它构成如下电池:Hg(l)-Hg2Cl2(S)饱和KCl溶液由2饱和的待测pH溶液(H+)Pt(S) 2电极反应为: Q+2H+2eQH2 因为在稀溶液中aH+=CH+,所以:QQH2=QQH2-2 可见,QQH2电极的作用相当于一个氢电极,电池的电动势为: (饱和甘汞) 已知QQH2及(饱和甘汞),测得电动势E,即可求pH。由于QQH2易在碱性液中氧化,待测液之pH值不超过。三、仪器药品 1.仪器:电位差计1台; 直流复射式检流计1台; 精密稳压电源(或蓄电池)1台;标准电池1只; 银电极2只; 铜电极2只; 铂电极2只;饱和甘汞
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- 原电池 电动势 测定 应用
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