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科學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告
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實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1.掌握可逆電池電動勢的測量原理和電位差計(jì)的操作技術(shù)
2.學(xué)會幾種電極和鹽橋的制備方法
3.學(xué)會測定原電池電動勢并計(jì)算相關(guān)的電極電勢
實(shí)驗(yàn)原理
凡是能使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置都稱之為電池(或原電池)。
可逆電池應(yīng)滿足如下條件:
(1)電池反應(yīng)可逆，亦即電池電極反應(yīng)可逆;(2)電池中不允許存在任何不可逆的液接界;(3)電池必須在可逆的情況下工作，即充放電過程必須在平衡態(tài)下進(jìn)行，即測量時(shí)通過電池的電流應(yīng)為無限小。
因此在制備可逆電池、測定可逆電池的電動勢時(shí)應(yīng)符合上述條件，在精確度不高的測量中，用正負(fù)離子遷移數(shù)比較接近的鹽類構(gòu)成“鹽橋”來消除液接電位;用電位差計(jì)測量電動勢可滿足通過電池電流為無限小的條件。電位差計(jì)測定電動勢的原理稱為對消法，可使測定時(shí)流過電池的電流接近無限小，從而可以準(zhǔn)確地測定電池的電動勢。
可逆電池的電動勢可看作正、負(fù)兩個(gè)電極的電勢之差。設(shè)正極電勢為φ+，負(fù)極電勢為φ-，則電池電動勢E = φ+ - φ- 。
電極電勢的絕對值無法測定，手冊上所列的電極電勢均為相對電極電勢，即以標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其電極電勢為零。將標(biāo)準(zhǔn)氫電極與待測電極組成電池，所測電池電動勢就是待測電極的電極電勢。由于氫電極使用不便，常用另外一些易制備、電極電勢穩(wěn)定的電極作為參比電極。常用的參比電極有甘汞電極、銀-氯化銀電極等。這些電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極比較而得的電勢已精確測出，具體的電極電位可參考相關(guān)文獻(xiàn)資料。
以飽和甘汞電極與銅/硫酸銅電極或鋅/硫酸鋅電極組成電池，測定電池的電動勢，根據(jù)甘汞電極的電極電勢，可推得這兩個(gè)電極的電極電勢。
儀器和試劑
SDC-II型數(shù)字式電子電位差計(jì)，銅電極，鋅電極，飽和甘汞電極，0.1 mol?L-1 CuSO4溶液，0.1 mol?L-1 ZnSO4溶液，飽和KCl溶液。
實(shí)驗(yàn)步驟
1.記錄室溫，打開SDC-II型數(shù)字式電子電位差計(jì)預(yù)熱5分鐘。將測定旋鈕旋到“內(nèi)標(biāo)”檔，用1.00000 V電壓進(jìn)行“采零”。
2.電極制備：先把鋅片和銅片用拋光砂紙輕輕擦亮，去掉氧化層，然后用水、蒸餾水洗凈，制成極片。
3.半電池的制作：向兩個(gè)50 mL燒杯中分別加入1/2杯深0.1000 mol?L-1 CuSO4溶液和0.1000 mol?L-1 ZnSO4溶液，再電極插入電極管，打開夾在乳膠管上的彈簧夾，將電極管的尖嘴插入溶液中，用洗耳球從乳膠管處吸氣，使溶液從彎管流出電極管，待電極一半浸沒于溶液中時(shí)，用彈簧夾將膠管夾住，提起電極管，保證液體不會漏出電極管，如有滴漏，檢查電極是否插緊。
4.原電池的制作：向一個(gè)50 mL燒杯中加入約1/2杯飽和氯化鉀溶液，將制備好的兩個(gè)電極管的彎管掛在杯壁上，要保證電極管尖端上沒有氣泡，以免電池?cái)嗦贰?/p>
5.測定銅鋅原電池電動勢：將電位差計(jì)測量旋鈕旋至測定檔，接上測量導(dǎo)線，用導(dǎo)線上的鱷魚夾夾住電極引線，接通外電路。
從高位到低位逐級調(diào)整電位值，觀察平衡顯示。在高電位檔調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)平衡顯示從OVL跳過某個(gè)數(shù)字又跳回OVL時(shí)，將該檔退回到低值，再調(diào)整下一檔。在低電位檔調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)至平衡顯示從負(fù)值逐漸小，過零后變正值時(shí)，將該檔回到低值，繼續(xù)調(diào)整下一檔。直至調(diào)整到最后一位連續(xù)調(diào)節(jié)檔。當(dāng)平衡顯示為零或接近于零時(shí)，讀出所調(diào)節(jié)的電位值，此即該電池的電動勢。
6.測定電極電勢：取出飽和甘汞電極，拔去電極頭上的橡皮帽，置于燒杯中。將測量導(dǎo)線的兩個(gè)鱷魚夾分別夾在鋅電極和甘汞電極上，同上法測定電動勢。再同樣測量由銅電極和甘汞電極組成的電池的電動勢。根據(jù)所測得的電動勢及甘汞電極的電極電勢，計(jì)算所測量電極的電極電勢。
思考題
1.如何正確使用電位差計(jì)?
2.參比電極應(yīng)具備什么條件?
3.若電池的極性接反了，測定時(shí)會發(fā)生什么現(xiàn)象?
4.鹽橋有什么作用?選用作鹽橋的物質(zhì)應(yīng)有什么原則?
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