温州大学：材料工程实验教案（物理化学实验PPT）原电池电动势测定实验

实验步骤HOME（2）铜电极稀硝酸（约6M）浸洗3-5秒、蒸馏水淋洗。电镀Cu层40min，结束后蒸馏水淋洗，并立即装入电极管，虹吸电解液。（3）电池的组合制成盐桥（饱和KCI溶液），与上面制备的锌电极、铜电极或饱和甘汞电极中的两个电极组合，即得Cu-Zn电池装置、或单独测定Zn电极、Cu电极的电池一

（2）铜电极 稀硝酸（约6M）浸洗3-5秒、蒸馏水淋洗。电镀Cu层 40min，结束后蒸馏水淋洗，并立即装入电极管，虹吸 电解液。 （3）电池的组合 制成盐桥（饱和KCl溶液），与上面制备的锌电极、 铜电极或饱和甘汞电极中的两个电极组合，即得Cu-Zn 电池装置、或单独测定Zn电极、Cu电极的电池。 实验步骤

原电池电动势的测定

目的要求Purposes and Demands*测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电位*了解可逆电池，盐桥等概念。*学会一些电极的制备和处理方法。*掌握电位差计的测量原理和使用方法

目的要求 测定Cu-Zn电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电位。 了解可逆电池，盐桥等概念。 学会一些电极的制备和处理方法。 Purposes and Demands 掌握电位差计的测量原理和使用方法

实验原理HOMEPrinciple电池由正、负两极组成，电池在放电过程中，正极起还原反应，负极起氧化反应电池除可以用来作为电源外，还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质。从化学热力学知道在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应应该有以下关系：(1)AG-nFE

实验原理 Principle 电池由正、负两极组成，电池在放电过程中，正极 起还原反应，负极起氧化反应。 电池除可以用来作为电源外，还可用它来研究构成 此电池的化学反应的热力学性质。从化学热力学知道， 在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应应该有以下关系： △G=-nFE (1)

实验原理HOME但必须注意，只有在恒温、恒压、可逆条件下，（1）式才能成立。这就首先要求电池反应本身是可逆的，即要求电极反应是可逆的，并且不存在任何不可逆的液接界。 (盐桥)另外，电池还必须在可逆的情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只有无限小的电流通过电池。（电位差计）

但必须注意，只有在恒温、恒压、可逆条件下，（1） 式才能成立。这就首先要求电池反应本身是可逆的， 即要求电极反应是可逆的，并且不存在任何不可逆的 液接界。(盐桥） 另外，电池还必须在可逆的情况下工作，即放电和充 电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只有无限小 的电流通过电池。（电位差计） 实验原理

实验原理HOME电池结构Zn ZnSO4(C)CuSO4(C2) /CuZn→Zn2+（azn2+）+2e负极反应正极反应Cu2+(acu2+)+2e→Cu总电极反应Zn+Cu2+(acu2+)→Zn2+(azn 2+)+Cu反应的自由能变化△G为(2)△G =△G° +RTlnazn2+'acu/a.2+:az州H

电池结构 Zn│ZnSO4 (C1 )‖CuSO4 (C2 )│Cu 负极反应 Zn→Zn2+（аZn2+）+2е 正极反应 Cu2+ (аCu2+)+2е→Cu 总电极反应 Zn+Cu2+ (аCu2+)→Zn2+ (аZn 2+)+Cu 反应的自由能变化△G为 △G =△G°+RTlnаZn2+·аCu/аCu2+·аZn (2) 实验原理

实验原理HOME纯固体的活度等于1(3)azn =acu =1代入(2)式(4)△G=△G°+RTlnazn2+/acu2+△G°代入因为△G=-nFE=-nFE°得电池的电动势与活度的关系式：(5)E=E°-RT/2FXlnazn2+/acu2+式中E°为溶液中锌离子的活度azn2+和铜离子的活度acu2+均等于1时电池的电动势。个7

纯固体的活度等于1 аZn =аCu =1 (3) 代入(2)式 △G=△G°+RTlnаZn2+/аCu2+ (4) 因为△G=-nFE △G° =-nFE°代入 得电池的电动势与活度的关系式： E=E°-RT/2F×lnаZn2+/аCu2+ (5) 式中E°为溶液中锌离子的活度аZn2+和铜离子的活度 аCu 2+均等于1时电池的电动势。 实验原理

HOME实验原理电池的反应由两个电极反应组成，因此电动势表达式也可以分成两项电极电位之差。若设正极的电位为β+，负极电位为β_，则(6)E=β+ -对铜一锌电池而言(7)P+=°Cu2-RT/2FXInacu/acu2+(8)0.=β° zn2+-RT/2FX Inazn/azn2+式中β+、-为铜电极和锌电极与其活度为1的Cu2+和Zn2+离子达成平衡时电极电位，当温度处于25℃时即称为该电极的标准电极电位（参见P72表II-10-1)

电池的反应由两个电极反应组成，因此电动势表 达式也可以分成两项电极电位之差。若设正极的电 位为φ+ ，负极电位为φ- ，则 E=φ+ -φ- (6) 对铜—锌电池而言 φ+=φ ° Cu2+-RT/2F×lnаCu/аCu2+ (7) φ-=φ ° Zn2+-RT/2F×lnаZn/аZn2+ (8) 实验原理 式中φ+、 φ-为铜电极和锌电极与其活度为1的 Cu2+和Zn2+离子达成平衡时电极电位，当温度处于 25℃时即称为该电极的标准电极电位（参见P72表 II-10-1）

第二类电极：金属---难溶盐电极、金属---难溶氧化物电极等。由金属表面覆盖一薄层该金属的难溶盐，然后渗入该难溶盐的负离子的溶液中所构成。Hg或由金属表面覆盖一薄层该金Hg+Hg,Cl2属的氧化物，然后渗在含有H+或橡皮塞OH-的溶液中所构成。素瓷如：甘汞电极：Hg|Hg2Cl2(s)Cl-(a)KCi溶液Ag-AgCls)电极::AgAgCl(s)|Cl-(a)KCI晶体~1银-氧化银电极：AgAg2O(s)OH-或H+(a)廿汞电极的结构

第二类电极： 金属-难溶盐电极、金属-难溶氧化物电极等。 由金属表面覆盖一薄层该金属 的难溶盐，然后渗入该难溶盐的 负离子的溶液中所构成。 或由金属表面覆盖一薄层该金 属的氧化物，然后渗在含有H+或 OH-的溶液中所构成。 如：甘汞电极: ( ) ( ) Hg Hg2 Cl2 s Cl a − Ag AgCl(s)Cl (a) − Ag-AgCl(s)电极: ( ) ( ) Ag Ag2 O s OH H a 银 − 或 + -氧化银电极:

电位差计原理补偿原理：当开关K置于N端时，调节r使：EHEXKE~=IXR~时（电流计示零）H此时，我们说用R~两端电压IXR~补偿了ENGRRH当保持这一校准工作电流不变时，将K置于“X"位置，调节R，使R在补偿回路中的电阻部分R'的电压满足：川I·R=Ex（电流计示零）E此时，用R'两端的电压I·R'补偿了待测电源电动势（或电压）ExEx=EN*R'RN

电位差计原理 补偿原理： 当开关K置于N端时，调节r使： EN =I×RN时（电流计示零） 此时，我们说用RN两端电压I×RN补偿了EN 当保持这一校准工作电流I不变时，将K置于 “X”位置，调节R，使R在补偿回路中的电 阻部分R’的电压满足： I·R’= Ex （电流计示零） 此时，用R’两端的电压I·R’补偿了待测电源 电动势（或电压）Ex. Ex=EN*R’/RN