文档介绍：实验十原电池电动势和电极电势的测定
1 目的要求
(1) 测定Cu-Zn原电池的电动势及Cu、Zn电极的电极电势。
(2) 学会几种电极和盐桥的制备方法。
(3) 掌握可逆电池电动势的测量原理和UJ34型电位差计的操作技术。

2 基本原理
Zn-Cu电池示意图
凡把化学能转变为电能的装置称为化学电源(或电池、原电池)。电池是由两个电极和连通两个电极的电解质溶液组成的。。
把Zn片插入ZnSO4溶液中构成Zn电极,把Cu片插在CuSO4溶液中构成Cu电极。用盐桥(其中充满电解质)把这两个电极连接起来就成为Cu-Zn电池。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。
在电池中,每个电极都具有一定的电极电势。当电池处于平衡态时,两个电极的电极电势之差就等于该可逆电池的电动势,按照我们常采用的习惯,规定电池的电动势等于正、负电极的电极电势之差。即:
(1)
式中:是原电池的电动势。分别代表正、负极的电极电势。其中:
(2)
(3)
在式(2)、(3)中:分别代表正、=--1。T是绝对温度。Z是反应中得失电子的数量。F=96500C,称法拉第常数。为参与电极反应的物质的还原态的活度。
对于Cu-Zn电池,其电池表示式为:
Zn|ZnSO4(m1)||CnSO4(m2)|Cu
其电极反应为:
其电池反应为:
其电动势为: (4)
(5)
(6)
在式5和6中,Cu2+,Zn2+的活度可由其浓度mi和相应电解质溶液的平均活度系数γ±计算出来。
(7)
(8)
如果能由实验确定出和则其相应的标准电极电势和即可被确定。
怎样测定Cu电极和Zn电极的电极电势呢?既然电池的电动势等于正、负极的电极电势之差,那么我们可以选择一个电极电势已经确知的电极,如Ag-AgCl电极,让它与Cu电极组成电池该电池的电动势为:
(9)
因为电动势E可以测量,已知,所以可以被确定,进而可由式5求出
用同样方法可以确定Zn电极的电极电势,Zn和标准电极电势,让Zn电极与Ag-AgCl电极组成电池Zn|ZnSO4(m1)||KCl(1mol·kg-1)|AgCl-Ag:。该电池的电动势为:
(10)
测量E, 已知,可以确定,进而可由6式求出
本实验测得的是实验温度下的电极电势和标准电极电势,为了比较方便起见,(和附录中所列出的比较),可采用下式求出298K时的标准电极电势,即
(11)
式中α、β为电池中电极的温度系数。对Cu-Zn电池来说:
Cu电极:·
Zn电极:··
关于电位差计的测量原理和UJ34型电位差计的使用方法,见本书物理化学实验规范UJ34型电位差计的使用说明。
3 仪器试剂
UJ34型电位差计标准电池
YJ42型精