10 电池电动势测定

实验十 电池电动势的测定

一、 目的要求

1、掌握对消法测定电动势的原理和方法，学习使用电位差计（SDC-Ⅰ精密数字电位差计）测量电池的电动势。2、学习制备电极、盐桥，组装电池。3、了解一些可逆电池电动势应用。 二、 实验原理

原电池由两个“半电池”（电极）组成一个电池，不同的半电池可以组成各种各样的原电池。当原电池处于平衡状态时，两极间的电位差为最大，这一最大电位差称为电池电动势，电池处于平衡状态的首要条件是两个电极间不能有电流通过，若有电流通过，电池的平衡状态就会被破坏，因此在测量电池电动势时，必须遵守两个电极间不能有电池通过或通过的电流为无限小这一条件。

因此，不能直接用电压表去测量电动势，电压表尽管内阻很大，但还不是无限大，当把它接在电池的两极间进行测量时，总有一定的电流通过电压表，同时两极间也有同样大小的电流通过。怎样使电池的两极间没有电流通过，测量电池电动势呢？可利用一个外加工作电池和待测电池并联，这样工作电池和待测电池的电动势方向相反，当它们数值相等时，二者相互对消，检流计中无电流通过，这时测出的两极间的电位差Δ?就等于电动势E，即为E=Δ?(Ⅰ→0)，对消法就是根据上述原理测定电池电动势的方法，其实验原理图如图一所示。

E、EN、EX分别为工作电池、标准电池、待测电池，G是检流计，K是转换开关，AB是均匀电阻，C是滑动接触点，r是可变电阻。工作电池E、均匀电阻AB、可变电阻r组成一个通路。按图测定Ex的原理如下：将转换开关合在“1”的位置，工作电池经AB构成一个通路，在均匀电阻AB上产生均匀电势降。标准电池的正极经过检流计和工作电池的正极相连，负极连接到一个滑动接触点C上，改变滑动接触点的位置，找到C点，使检流计中无电流通过，则标准电池的电动势恰为AC段的电势差完全抵消（实际工作是：调节r核C使检流计G为零，此时AB段的电势差确定，即AB电阻单位长度段的电阻为定值）。再

将转换开关合在“2”的位置上，用同样的方法滑动C到C‘可以找出检流计无电流通过的另一点C‘，此时A C‘段的电势差就等于待测电池电动势Ex。 三、 仪器和试剂

SDC-Ⅰ精密数字电位差计全套，标准电池，甘汞电极，锌电极，铜电极，0.1mZnSO溶液，0.1mCuSO溶液，饱和KCl溶液，盐桥，洗瓶，100ml烧杯3个，水砂纸。 四、 实验步骤 1、制备饱和KCl盐桥

在一个锥形瓶内，加入3克左右琼脂和100ml蒸馏水，在电炉上加热，直至琼脂完全溶解，加入30克左右的KCl充分搅拌，直到KCl完全溶解后，趁热滴定管把此溶液装入盐桥管中，不要夹带气泡或留有断层，静置待琼脂凝结后即可使用，不用时将其放在饱和KCl溶液里存放。

2、 电位差计的使用：⑴ 将仪器和交流220V电源联接，开启电源，预热三分钟。 ⑵ 标定：采用“内标”（仪器内自带标准电池）进行校验。首先，将“测量选择”置于“内标”位置，调节“”六个大按钮，使“电位指示”为“1.00000”V，然后调节“检零调节”，使“检零指示”接近“0000”。（此外，本实验也可采用“外标”进行校验。此时，首先将外接标准电池的“+，-”极性对应和面板“外标”端子连接好，并将“测量选择”置于“外标”

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位置，调节“100～105”六个大旋钮，使“电位指示”数值与外标电池值相同。（通常标准电池随温度的变化关系式：Et=1.01865-0.0000406(t-20)-0.00000095（t-20）2，按此式对外标

电池进行温度检验，否则将影响测量精度）。然后调节“检零调节”使“检零指示”接近“0000”）为方便起见，本实验统一用“内标”进行校验。应注意，在校验结束后的一个测量周期内，不得再调节“检零调节”或碰“检零调节”旋钮，否则影响测量结果。

⑶ 测量：用盐桥把待测电池锌的两个电极连接起来，把这个电池的负极与正极对应和仪器

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面板上“测量”端子连接好，并将“测量选择”置于“测量”，调节“100～105”六个大旋钮，使“检零指示”接近“0000”，此时，“电位指示”值即为被测电动势值，然后将“测量选择”置于“外标”位置，也即将电路断开，隔约3分钟，再将“测量选择”置于“测量”位置，测一次电动势，按此方法若连续测量3次数值不是朝一个方向变动，并且变动值<0.5mV可以认为它的电动势是稳定的，取3次连续测量的平均值作为电池的电动势。 3、 电池电动势的测量：本实验测定如下三个电池，分别组装电池测量。 ⑴ （-）Zn|ZnSO4(0.1m)||KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg(+) ⑵ （-）Hg| Hg2Cl2 |KCl(饱和)||CuSO4(0.1m) |Cu(+) ⑶ （-）Zn|ZnSO4(0.1m)|| CuSO4(0.1m) |Cu(+)

注意事项：1、测量完一组电池后，盐桥务必要用蒸馏水洗净用滤纸擦干，以便继续用于下一组电池的测量。否则，容易使盐桥变质，并且影响下一组电池的测试结果。2、锌电极、铜电极打磨洗净后尽快插入相应的电解质溶液中，组成相应电池进行测定，以免氧化物薄膜生成影响测试结果。除被打磨部位浸入电解质溶液外，其余如金属夹子等不应接触电解质溶液。3、接电路时，勿将正负极接反。4、使用甘汞电极时，电极内应充满饱和KCl溶液，电极封帽要取下。

五、 实验记录与数据处理

室温： 电池 1 电池反应式 测量值V 2 3 数据处理：已知甘泵电极在饱和KCL溶液中随温度变化的关系式为： 4 ?甘汞＝0.2412－7.6?10－（t?25)

平均值V 可算得?甘汞，结合电极的能斯特方程可分别计算出各电极的电动势，然后计算出各电池的电动势，所用电解质溶液的平均活度系数如下表： r? 电解质溶液 0.1mCuSO4 0.1mZnSO4 0.16 0.15

注：以上值均是指25℃时，所以用此值代入计算会来一定的误差。将计算结果与实验值相

比较，求出相对误差。

六、 思考题

1、对消法测定电池电动势装置中，盐桥、检流计、参比电极、标准电池及工作电池各有什么作用？

2、如果电池极性接反了，会出现什么后果？

七、 讨论

1、电动势测量在物理化学研究工作中具有重要的实际意义，通过电池电动势测量，可以获得氧化还原体系的许多热力学数据，如平衡常数、活度和活度系数、离解常数、溶解度、酸碱度以及一些热力学函数改变量。

2、电动势测量是平衡测量，测量过程中要尽可能做到在可逆条件下进行。

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