对消法测量电池电动势.docx

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对消法测量电池电动势

对消法测量电池电动势

一．实验目的：

1.学习电极电势测定的基本方法和原理。

2.掌握电位差计、检流计、盐桥正确的使用方法。

3.测定Cu—Zn电池的电动势。

二．实验原理：

1.原电池是化学能变为电能的装置，它由两个“半电池”组成，每个半电池中有一个电极和相应的电解质溶液，电池的电动势为组成该电池的两个半电池的电极电势的代数和，常用盐桥来降低液接电势。

2．测量电池的电动势要在接近热力学可逆的条件下进行，即在无电流通过的情况下，不能用伏特计直接测量。

可逆电池的电动势可用对消法测定（当加大电压时，G电流趋近于0；当G=0时，U=E）。

3.所用的仪器为电位差计，原理如下图所示：

测量时，先将换向开关转向位置1，根据标准电池的电动势调整电阻Rn的大小，然后调节电阻Rf，使检流计中的电流为零，这时存在如下关系：

             En=Rn*（UR/R）即：

 En/Rn=UR/R  Ⅰ

随后将开关合至2位置，调节个进位盘的触头，再次使G指向零点，则得到关系式：

             Ex=Rx×（UR/R）即：

Ex/Rx=UR/R    Ⅱ

Ⅰ和Ⅱ联立得：

             Ex=（En/Rn）×Rx

由于工作电路与被测回路之间并无电流通过，故只要测得En/Rn得值，即可在高灵敏度示零的情况下准确测出被测电池的电动势。

三．实验仪器与试剂：

 1.仪器

 UJ-25型高电势直流电位差计、HSS-1B数字式超级恒温槽、Ac15/z直流复射式检流计、标准电池、干电池、铜电极、锌电极、饱和甘汞电极、温度计、盐桥

2.试剂

0.1000mol/LCuSO4、0.1000mol/LZnSO4、饱和KCl溶液、Hg2Cl2溶液。

四．实验步骤：

（一）准备工作

1.打开恒温水浴，调节温度T=25℃。

2.利用公式：

 En=1.01865-4.05×10-5（T-293）2-9.5×10-7（T-293）2+1×10-8（T-293）3

计算出实验室温度下的En，并调节标准电动势温度补偿旋钮。

T=23.8。

C  En=1.01805V

3.锌电极的制备：

将锌电极用砂纸磨光，除掉锌电极上的氧化层，用蒸馏水冲洗，然后浸入饱和氯亚汞溶液中3－5秒，取出后再用蒸馏水淋洗，使锌电极表面上有一层均匀的汞齐（目的：

防止电极表面副反应的发生，保证电极可逆）。

4.铜电极的制备：

将铜电极用砂纸打光，再用蒸馏水淋洗。

5.电池组合：

（-）Zn（s）|Zn2+（0.1000mol/L）||Cu2+（0.1000mol/L）|Cu（s）（+）

（-）Zn（s）|Zn2+（0.1000mol/L）||饱和甘汞电极（+）

（二）实验测量：

A.电流调节

1.检流计灵敏度旋钮指向短路，打开检流计的电源。

调节检流计，使其光标指向零位置。

2.将标准电池连入电路，把电位差计的旋钮调至N位置。

3.将检流计的换向开关由“短路”调至“0.01”，调节检流计，使其光标指向零位置。

4.先按下“粗”钮，观察检流计光标的偏转方向，并记下检流计光标偏转方向。

 光标偏转方向：

向右

 调节加大“粗”旋钮所指电阻值，若光标偏转不明显，可摁“细”键。

待光标偏转方向变化（向左）时，“粗”旋钮退一格，加大“中”旋钮，依次类推。

 调节电位差计上的“粗”“中”“细”“微”四旋钮，待光标指向零位置或其左右两格时视为调好。

5.调好后将检流计换向开关依次调到“0.1”、“1”、“直接”，分别重复以上操作。

 当检流计灵敏度旋钮指向“直接”，“细”键摁下，检流计光标指向零线或光标偏转小于2格时，表示回路电流调节完毕。

6．所有操作完成后将检流计换向开关再次置于“短路”，将电位差计旋钮调至“断”处。

B.实验测定

1.Cu－Zn电池电极电势的测定：

Ⅰ.将适量0.1000mol/kgCuSO4、0.1000mol/kgZnSO4溶液分别装于试管中，放入恒温水浴中插入盐桥及Cu和Zn电极。

Ⅱ.将铜—锌电极连入X2的正负极，重复3以下操作，记录数据。

2.Zn－甘汞电极电势的测定：

将适量KCl的饱和溶液、0.1000mol/kgZnSO4溶液分别装于试管中，放入恒温水浴中插入盐桥及相应电极，按上述方法重复操作三次，并记录相关数据。

测量结束，将检流计灵敏度旋钮指向“短路”，关闭电源。

关闭恒温槽电源。

五．实验数据处理

1.实验室温度T=296.8K

2.标准电池电动势：

En=1.01805V

3．电池电极电势：

次数

Cu－Zn电极电势（V）

Zn－甘汞电极电势（V）

1

1.088856

0.996281

2

1.074353

0.971128

3

0.998431

0.960328

平均值

1.053880

0.975912

相对标准偏差

3.5%

1.4%

理论电动势

1.0998

1.0335

测量误差

-4.1%

-5.5%

六．误差分析：

1．在实验操作过程中，检流计光标很难指向零点，说明测量回路有电流通过，所以E（测）≠E（理）。

2．由于检流计光标较难调节，每组测量时间较长，工作回路中电流会发生变化，从而影响测量结果。

3．冲洗电极管后电极管中所留水分会对电解质溶液起稀释作用，会影响电池的实际电动势。

七.实验注意事项：

⑴连接线路时，切勿正、负极接反。

⑵测试时必须先按电位计上“粗”按钮，待检流计示零后，再按“细”按钮，以免检流计偏转过猛而损坏.当偏转幅度较大时，摁“短路”键，可使光标偏转幅度减小，以免损毁仪器。

（3）按按钮时间要短，不超过ls，以防止过多电量通过标准电池和待测电池，造成严重极化现象，破坏电池的电化学可逆状态。

（4）整个调节测量时间要快，以免电解质电解时间过长，溶液变稀，以致测不准。

而且，室温的上升对实验结果也有影响。

八.实验总结：

      通过本次实验，我了解并掌握了电极电势测定的基本方法和原理；学会了电位差计、检流计的使用方法。

这次实验我了解了团体合作的重要。

对消法测量电动势

一．实验目的：

1.通过电池和电极电势的测定，加深对可逆电池的理解。

2.掌握电位差计、检流计、盐桥正确的使用方法。

3.掌握Cu—Zn和Zn－甘汞电池电极电势的测定。

二．实验原理：

1电池的电动势测量的条件：

电池的电动势不能直接用伏特计来测量。

因为当把伏特计与电池接通后，必须有适量的电流通过才能使伏特计显示，这样电池中就发生化学反应，溶液的浓度不断改变。

因而电动势也不断变化，这时电池已不是可逆电池。

另外，电池本身有电阻，用伏特计所量出的只是两电极间的电势差而不是可逆电池的电势。

所以测量可逆电池的电动势必须在几乎没有电流通过的情况下进行。

2．用对消法可达到测量原电池电动势的目的，如图所示:

【Ew、En、Ex分别为工作电池，标准电池（惠撕登电极），待测电池。

Rf为可调电阻，用于调节工作电池分配在高精度电阻上的电压】

工作原理为：

测量时，先将换向开关与En连接，根据标准电池的电动势调整电阻Rn的大小，然后调节电阻Rf，使检流计中的电流为零，这时存在如下关系：

En=Rn×（UR/R）

即En/Rn=UR/R  

（1）

随后将换向开关与Ex连接，调节个进位盘的触头，再次使G指向零点，则得到关系式：

Ex=Rx×（UR/R）

即Ex/Rx=UR/R    

（2）

（1）和

（2）联立得：

Ex=（En/Rn）×Rx

由于工作电路与被测回路之间并无电流通过，故只要测得En/Rn得值，即可在高灵敏度示零的情况下准确测出被测电池的电动势。

该图为Cu－Zn电池

三．实验仪器与试剂：

   UJ25型高电势直流电位差计、标准电池、Ac15/z直流复射式检流计、干电池、温度计、铜电极、锌电极、饱和甘汞电极、砂纸、HSS-1B数字式超级恒温槽、盐桥、0.1000mol/LCuSO4、0.1000mol/LZnSO4、饱和KCl溶液、Hg2Cl2溶液。

四．实验步骤：

1.、打开超级恒温槽电源开关（三个按钮均向下）及冷却水，调节温度为25`C（达到温度后将加热按钮搬向上）。

2.由公式En=1.01865-4.05×10-5（T-293）2-9.5×10-7（T-293）2+1×10-8（T-293）3实验室的温度为291K即18摄氏度,把T=291K代入En的公式中， 计算出实验室温度下的En=1.01859V　，并在电位差计上设定好；

3.调节工作回路电流：

（1）在打开检流计的电源且检流计灵敏度旋钮指向短路情况下，调节检流计，使其光标指向零位置。

（2）将标准电池（即电位差计开关为Ｎ）连入电路。

（3）将检流计的换向开关由“短路”调至“0.01”，调节检流计，使其光标指向零位置。

（4）先按下“粗”钮，观察检流计光标的偏转方向， 如光标偏转方向向右，应调节加大“粗”旋钮所指电阻值，若光标偏转不明显，可摁“细”键。

待光标偏转方向变化（向左）时，“粗”旋钮退一格，加大“中”旋钮，依次类推。

 调节电位差计上的“粗”“中”“细”“微”四旋钮，待光标指向零位置或其左右两格时视为调好。

（5）调好后将检流计换向开关调高一档，，分别重复6处的操作直到调至“直接”时结束。

 当检流计灵敏度旋钮指向“直接”，“细”键摁下，检流计光标指向零线或光标偏转小于2格时，结束回路电流调节。

（6）结束后将检流计换向开关再次置于“短路”，将电位差计旋钮调至“断”处。

4.电极准备：

（1）锌电极的制备：

将锌电极用砂纸磨光，除掉锌电极上的氧化层，用蒸馏水冲洗，然后浸入饱和氯亚汞溶液中3－5秒，取出后再用蒸馏水淋洗，使锌电极表面上有一层均匀的汞齐（防止电极表面副反应的发生，保证电极可逆）。

（2）铜电极的制备：

将铜电极用砂纸打光，再用蒸馏水淋洗。

（3）配制KCl的饱和溶液备用

5.电池组合：

6.Zn－甘汞电极电势的测定：

（1）.将适量KCl的饱和溶液、0.1000mol/kgZnSO4溶液分别装于试管中，放入恒温水浴中插入盐桥及相应电极（即锌插入ZnSO4溶液中，饱和甘汞电极插入KCl的饱和溶液中）。

（2）.将饱和甘汞电极—锌电极连入X1的正负极（即锌为负极，饱和甘汞电极为正极），将电位差计旋钮调至X1，重复步骤3的操作，不同的是调节的电阻变为Rx，重复操作三次，并记录相关数据。

E1=0.9410V  E2=0.9440V   E3=0.9451V　

Ｅ（平均）＝０．９434Ｖ

7.Cu－Zn电池电极电势的测定：

（1）.将适量0.1000mol/kgCuSO4、0.1000mol/kgZnSO4溶液分别装于试管中，放入恒温水浴中插入盐桥及相应电极（即铜插在CuSO4溶液中，锌插在ZnSO4溶液中）

（2）.将铜—锌电极连入X2的正负极（即锌为负极，铜为正极），重复操作3，不同的是调节的电阻变为Rx，记录数据。

记录此时电动势。

E1=1.0001　 E2=0.9935V E3=0.9815V　

Ｅ＝0.9917Ｖ

8.测量结束，将检流计灵敏度旋钮指向“短路”，关闭电源。

关闭恒温槽电源。

五．实验数据处理

1.实验室温度T=２９１K

2.标准电池电动势：

En=1.0185９V

3.锌—饱和甘汞电池电动势：

饱和甘汞电极的电极电势：

  E1

  E2

  E3

 （平均）

0.9410V

0.9440V

0.9451V

0.9434

 E（理论）=1.006430

 Dr=（E（理论）-E（平均））/E（理论）*100﹪

  =（1.006430-0.9434）/1.006430*100%=6.2%

4.铜—锌电池电动势：

E1

E2

E3

E（平均）

1.0001V

0.9935V

0.9815V

0.9917V

 E（理论）=E（标准）-（RT/2F）*ln（a（ZnSO4）/a（CuSO4））=1.103232V

     Dr=（E（理论）-E（平均））/E（理论）*100﹪

      =（1.103232- 0.9917）/1.103232*100%=10%

六.实验注意事项：

⑴.连接线路时，切勿正、负极接反。

⑵.测试时必须先按电位计上“粗”按钮，待检流计示零后，再按“细”按钮，以免检流计偏转过猛而损坏.当偏转幅度较大时，摁“短路”键，可使光标偏转幅度减小，以免损毁仪器。

（3）在使用“粗”“细”两个按键开关时，不要长时间按下不放，以免电池发生极化影响测量结果破坏电池的电化学可逆状。

（4）.整个调节测量时间要快，以免受电解质电解和室温的变化对实验结果的影

（5）在不使用检流计时应将灵敏度旋钮指向“短路” 

七.误差分析

   1.温度的变化对电势的测量也有一定的影响。

   2．因检流计光标较难指向零点，每组测量时间较长，工作回路中电流会发生变化，从而影响测量结果。

   3.电解质溶液的电解引起溶液浓度的变化会影响电池的实际电动势。

九。

实验总结

通过本次实验，使我了解到测量电路中有电流通过对测量电池电势的影响，加深对可逆电池的理解。

原电池电动势的测定

一．实验目的：

1．掌握对消法测定电池电动势的原理及电位差计的使用方法.

2．学会某些电极的制备和处理方法。

3．通过电池和电极电势的测定，加深理解可逆电池的电动势可逆电极电势的概念。

二．实验原理：

1．原电池是化学能变为电能的装置，它由两个“半电池”组成，每个半电池中有一个电极和相应的电解质溶液。

电池的电动势为组成该电池的两个半电池的电极电势的代数和。

常用盐桥来降低液接电势。

2．测量电池的电动势要在接近热力学可逆条件下进行，即在无电池通过的情况下，不能用仪特计直接测量。

因此方法在测量过程中有电流通过伏特计，处于非平衡态。

用对消法可达到测量原电池电动势的目的，如图所示:

【Ew、Es、Ex分别为工作电池，标准电池（惠撕登电极），待测电池。

】

工作原理为：

当Ks接通时，调节Rf及滑动头至S，使检流计中无电流通过。

此时有Es＝UCA工作回路电流I＝USA/RSA=Es/RSA;当Ks断开，Kx接通，调节滑头至X，使检流计中无电流通过，此时有Ex＝UHA，工作回路电流I=UXA/RXA=Ex/RXA

因此，Es/RSA=Ex/RXA，即Ex＝RXA·（Es/RSA）。

但由于Es随温度而变，所以在测量过程中要调节RSA来调节（Es/RSA）的恒定（即通过标准电池温度补偿按钮调节）。

三．实验仪器及试剂：

UJ-25型高电势电位差计1台，HSS-1B数字式超级恒温热浴槽，标准电池（惠斯登电池）2节，直流检流计1台，钾电池2节,铜锌电极，甘汞电极，盐桥，温度计，饱和氯化亚汞溶液，饱和氯化钾溶液，ZnSO4（0.1000mol/L）,CuSO4（0.1000mol/L）。

四．实验操作：

1．半电池的制备：

（1）锌电极的制备：

将锌电极用砂纸磨光，除掉锌电极上的氧化层，用蒸馏水冲洗，然后浸入饱和氯亚汞溶液中3－5秒，取出后再用蒸馏水淋洗，使锌电极表面上有一层均匀的汞齐（防止电极表面副反应的发生，保证电极可逆）。

将处理好的锌电极直接插入盛有0.1000mol/L硫酸锌溶液的电极管中。

（2）铜电极的制备：

将铜电极用砂纸打光，再用蒸馏水淋洗，插入盛有0.1000mol/L硫酸铜溶液的电极管中。

2．电池组合：

3．连接电路：

首先将电位差计的转换开关置于“断”位置，按钮（粗、细、断）全部松开，然后将标准电池、工作电池、待测电池及检流计分别用导线连接在“标准”、“工作”、“未知１”或“未知２”及“电计”接线柱上，注意正负极（检流计无极性要求）。

恒温浴槽预设为25.0oC，开始加热，并将电极插入孔中。

4．检流计调零：

将检流计的转换开关从“短路”调至“X”档，电压选择开关置于220V,用调零旋钮调节检流计的机械零点，即光标调零。

5．标准电池温度补偿：

读取标准电池上所附温度计的温度值t=20.2oC，根据Et=E20oC-4.06*10-5（t-20）-9.5*10-7（t-20）2，E20oC=1.01845V，求出标准电池的电动势Et=1.01845V。

调节标准电池温度补偿旋钮至该电动势。

6．标定电位差计：

将电位差计的转换开关转到N，Rf调节旋钮（粗中细微）均调到最小，分别按下电位差计“粗”“细”按钮，记录最初光标偏移方向；再分别按下电位差计“粗”“细”按钮，并按由粗到微顺序调节可变电阻旋钮，使检流计光标指零（在零点左右两小格内偏移即认为光标已指零）。

7．测量未知电动势：

将电位差计的转换开关转到”X1”（或“X2”）位置，将6个电动势的测量按钮调到最小，同6步骤，观察光标的初始偏移方向。

然后分别按下电位差计的“粗”、”细”按钮，并按由大到小的顺序调节前4个电动势的测量按钮，使检流计光标至零（指零标准同步骤6）。

从4个旋钮下的小孔内读取待测电动势的数值。

由于工作电池电动势会发生变化，在测量第二组电池电动势前，观察电位差计是否处于已标定位置，若否，则要求重新标定。

8．掉所有电源开关，将检流计量程旋钮调到“短路”处。

撤除所有接线，清洗电极、电极管。

五.。

数据处理：

T=298.15K：

E（甘）=0.2412-6.61*10-4（t-25）-1.75*10-6（t-25）2-9.16*10-10（t-25）3

（T=298.15K）

实测电动势（V）

电动势理论值（V）

相对偏差

Cu-Zn电极

1.0768

1.0998

-2.090%

甘汞-Zn电极

1.0090

1.0335

-2.370%

六．误差分析：

1．在实验操作过程中，检流计光标很难指向零点，说明测量回路有电流通过，所以E（测）≠E（理）。

2．测量所的两组数据为同向偏差。

由于Ex＝RXA·（Es/RSA），说明实际的Es/RSA出现偏差，当标准电池所附温度计测温不够准确或读数操作不正确都会造成这种同向偏差。

3．由于检流计光标较难调节，每组测量时间较长，工作回路中电流会发生变化，从而影响测量结果。

4．冲洗电极管后电极管中所留水分会对电解质溶液起稀释作用，会影响电池的实际电动势。

七．注意事项：

1．在使用“粗”“细”两个按键开关时，要断断续续操作，不要长时间按下不放，以免电池发生极化影响测量结果。

2．测量电动势时要正确短路。

本实验电池的外导线都为铜导线。

3．测量原电池电动势时，注意随时进行工作电流“标准化”的校正