原电池电动势的测定
化学试剂,九料化工商城 / 2020-10-27
一、原电池电动势的测定实验目的
1.了解测定原电池电动势以及电极电位的原理和方法;
2.学习电位计、检流计等仪器的使用方法。
二、原电池电动势的测定提要
由电池的电动势不应直接用伏特计来测量。这是因为当伏特计与电池接通后,电池中就发生氧化还原反应而产生电流;由于反应不断进行,电池中溶液的浓度会不断改变,电池的电动势将相应降低;另一方面,电池本身有内电阻,用伏特计所测得的电压,只是电池电动势的一部分(即外电路的电压降),而不是该电池的电动势。但电池的电动势可用补偿法来测定,其原理可通过如图15-1所示的线路予以简单说明。
当开关K1与标准电池EH接通时,标准电池与工作电池E并联;若均匀电阻滑头位于C,调节可变电阻R使检流计G上电流为零,此时标准电池的电动势等于工作电池在均匀电阻AC上的电压降.若再将K1与待测电池Ex接通,使其与工作电池并联,保持R位置不动,移动均匀的滑线电阻滑头使检流计G上电流为零;设此时滑头位于C,则待测电池的电动势等于工作电池在均匀的滑线电阻AC′上的电压降。由此可得（九料化工https://www.999gou.cn/）.
待测电池的电动势=标准电池的电动势
AC AC
即
待测电池的电动势=标准电池的电动势
----------------xAC
AC
电位计的线路就是根据图15-1的基本线路的原理而制成的。
本实验中用电位计测定下列原电池的电动势:
(-) Zn|ZnSO4(0.1M)|CuO4(0.1M)|Cu(+)
若用甘汞电极作参比电极,与待测电极组成原电池,用电位计测定其电动势。根据电池电动势=☥正-☥负,可求得待测电极的电极电位。
三、仪器和药品
1.仪器
电位计全套\甘汞电极\盐桥(含有琼胶及KCl或KNO3饱和溶液的U形管)[注]烧杯(100mL3只)洗瓶、温度计、铜片、锌片、银、片导线、连有鳄鱼夹的导线、滤纸碎片
[注]若进行电极电位的测定,则应当用KNO3而不宜用KCI饱和溶液。
附(一)UJ型电位计使用说明
UJ型电位计种类很,例如U47、UJ44、UJ42、UJ4、UJ25、Uj21、UJ1型等等;其中U47、UJ42等价格较费,而U34、UJ25、U1型等价格尚可。选用电位计时应注意其测量范围是否符合测定要求。
由于电位计型号多,有些型号精密度高(可测至10-6~10-8伏),结构较复杂,这里介绍结构较简单的基本类型UJ1电位计.
A.仪器
UJ1型电位计是由标准电池、电位计及灵敏检流计等组成的。电位计的线路如图15-2所示转盘A相当于图15-1中清线电阻AC部分,用来校正电位计的电阻值,所指示的电阻值相当于伏特数。B、C、D三个转盘相当于图15-1中清线电阻AB,采用三个转盘有利于提高测定的精确性。
E、F、H(即粗、中、细)三个转相当于图151中R,三个转盘电阻各不相同(有利于调节)盘电阻最大,H盘电阻最小。
开关M相当于图15-1中K1;L1、L2相当于图1-1中的K2;L2有保护电阻,L1无保护电阻。L0为检流计断路按钮,当检流计指针激烈摆动时可下L,则检流计指针立即停止。N为倍数插孔,它用以选用测定量程。
B.操作步骤
(1)测定前的准备在接线前,应先将开关放在中间。若待测电池的电动势大于0.16伏,则量程插头N插在1处,若在0.016~0.16伏之间,则量程插头N插在0.1处;若小于0.016伏,则插在0.01处。然后将工作电池(蓄电池或干电池2~3伏)、标准电池[注1]、待测电池、检流计[注2](接电计处),按图15-2分别接上。
[注1]标准电池是测量电动势的依据,必须很好保护,切勿倒置。常用的标准电池是饱和电池,又称韦斯顿(Weston)电池。
[注2]常用的检流计是光点反射检流计,灵敏度高10-8安),使用时应特别小心,电源插头不要插错。用好后应将分流器调节转至零点处。
(2)电位计的标定将转盘A调节至室温t℃时标准电池的伏特数。标准电池(饱和镉电池)的电动势Et随温度(t℃)的改变而略有变化,可按下式计算之。
Et=1.0183-0.0000406(t-20)伏
把开关M揿向标准电池一边,此时标准电池与电位计线路接通。揿下L2,旋转粗调节E(由小到大),同时观察检流计光点偏转方向,使其光点渐趋稳定(即摆动较慢)[注],在继续旋转E的过程中使检流计光点向零点靠近,再逐次调节F、H直至接近于零点然后揿下L1,再仔细调节F、H使检流计光点指在零点(E、F、H不能再任意转动)。
[注]如在调节过程中光点摆动很激烈,可揿下Lo,之短路,光点摆动会慢下来。
(3)电动势的测定电位计标定好后,将开关M揿向未知一边,使待测电池与电位计线路接通。揿下L2,旋转B,同时观察检流计光点使其逐渐靠近零点;再逐次调节C、D直至检流计光点接近零点。然后揿下L1,再仔细调节C、D使检流计光点指在零点读出B、C、D三转盘上数值,并乘上量程插头N的值,即得待测电池的电动势。记录数据,重复测定一次。若数据相差较大,电位计需重新标定[注]
注]电位计标定好后,由于测定过程中可能会有极少量电流通过,致使电压有微弱变化,最好在每次测定前能重新标定。
附(二)25型酸度计作毫伏计使用说明
当pH-mV开关5指在mV档时,25型酸度计(参看图12-3)就成为一台毫伏计,此时温度补偿器7和定位调节器3均不起作用;毫伏计的输入端为参比电极接线柱9和玻璃电极插孔8。如果待测电池的电极导线不适用于插孔8,则可以在插孔内插入一只接续器,把导线接在接续器的接线柱上。
在要求不高时,可用25型酸度计测量电池的电动势,操作步骤如下:
(1)在插孔8处插入接续器,与原电池的负极相连,接线柱9则与原电池的正极相连。
(2)把量程选择开关6拨到“0”(电表短路),电表上指针应指在pH=7处。若指针不指在pH=7处,则调节电表面上的小螺丝,使指针指在pH=7处。
(3)接通电源,把电源开关拨向“开”,指示灯即发亮,等待约5分钟。
(4)把量程选择开关6拨到“7~0”处,并把Ph-mV开关5拨到+mV处(若正、负极接反,则可拨到-mV处),指针应指在pH=0即电动势等于0mV处。若指针不指在零点,则用零点调节器2调节之。揿下读数开关4指针即指出待测电池的电动势。
若电动势大于700mV,指针会超出刻度范围,此时必须把量程开关6从“7~0”拨到“0”(指针应指在pH=7处),再从“0”到“7~14”处,则指针所指范围即为700~1400mV.
2.药品
硝酸银AgNO3(O.1M) 硫酸铜CuSO4(0.1M)
氯化钾KCI(0.1M或饱和溶液) 硫酸锌ZnSO4(0.1M)
四、原电池电动势的测定实验内容
1.铜锌原电池电动势的测定
装置好下列原电池:
(-)Zn|ZnSO4(0. 1M) CuSO4(0.1 M)Cu(+)
按测定电动势步骤进行操作。记录数据。
2.锌及银电极电位的测定
(1)电极电位的测定将锌片及甘汞电极注]插入0.1M ZnSo4溶液中,甘汞电极上导线应接在待测电池“+”极,锌片上导线应接在“一”极上。按测定电动势步骤进行操作。记录数据及实验时室温,并计算该锌电极的电极电位。
[注]甘汞电极的电位随温度的改变而略有变化,可按下式计算之。
0.1N甘汞电极 ☥=0.3335-0.00007(t-25)伏 (15-2)
饱和甘汞电极 ☥=0.2415-0.00065(t-25)伏 (15-3)
*(2)银电极电位的测定将银片插入01 AgNO3溶液中,甘汞电极插入KCl溶液中[注],用盐桥把两溶液连通起来。将甘汞电极上导线接在待测电池“-”极上,将银片上导线接在+极上按测定电动势步骤进行操作。记录数据及实验时室温,并计算该银电极的电极电位。
[注]若用0.1N电,则用0.1M KCl溶液;若用饱和甘汞电极,则用KCI饱和溶液。
五、原电池电动势的测定实验前准备的思考题
(1)测量电池电动势,为什么不应直接用伏特计测量,而采用补偿法?
(2)用补偿法测定电池电动为什么检流计光点指向零时,电位计的读数就是待测电池的电动势?
(3)测量电池电动势时,如果正、负极接反,出现什么现象?为什么?应如何处理?
(4)为什么每次测定电池电动势前,对电位计都应重新予以标定?
(5)如何用电位计测定锌的电极电位?
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