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2020-07-23 17:44

  原电池电动势及溶液pH值的测定_化学_自然科学_专业资料。原电池电动势及溶液pH值的测定 一、目的要求: 1、哪个ag真人网站是真的测定铜——锌原电池的电动势。 2、用电动势法测定溶液的pH值。 3、掌握电位差计测量电池电动势的原理及使用 方法。 二、实验原理---对消法

  原电池电动势及溶液pH值的测定 一、目的要求: 1、测定铜——锌原电池的电动势。 2、用电动势法测定溶液的pH值。 3、掌握电位差计测量电池电动势的原理及使用 方法。 二、实验原理---对消法 电池由两个电极组成。在电池反应中,进行氧化反应的是负极,进 行还原反应的是正极,以铜---锌电池为例,它可以表示为: Zn IZnSO4(a1)lI CuSO4(a2)lCu 负极反应为:Zn→Zn2++2e 正极反应为:Cn2++2e → Cu 总电池反应:Zn+Cu2+ → Cu+Zn2+ 其电动势的大小与电极性质及溶液中相关离子的活度的关系可由能 斯特公式求得: E E 0 RT ln aZn 2 2F aCu 2 二、实验原理---对消法 原电池的电动势是在原电池的各相间没有带电 粒子的转移时各相间电势差的总和, 也就是原 电池的开路电压。所谓“开路”,实际上就是在测 定时没有电流通过原电池。作为一种近似处理, 完全消除了液接的电池可以按可逆电池对待。 U E IR 因此,电动势的测定必须在可逆条件下进行,否则所得电 动势没有热力学意义。可逆必须满足:1)电极反应可 向正反两个方向进行;2)不论是充电还是放电,所通 过的电流必须十分微小,电池在接衡态下工作。 可逆电池电动势与参与平衡的电极反应的各溶液活度 之间的关系完全由该反应的能斯特方程决定。 二、实验原理---对消法 不能用伏特计直接测定,因为电池与 伏特计相接后,便构成了回路,有电 流通过,发生化学变化、电极被极化、 溶液浓度改变、电池电势不能保持 稳定。且电池本身有内阻,伏特计 所量得的电势降不等于电池的电动 势。 对消法可在电池无电流通过 时测得其两极间的电势差, 即为该电池的电动势。 二、实验原理---对消法 可使用电位差计测量原电池的电动势,电位差 计的原理为对消法。电路基本原理图如下: 二、实验原理---对消法 En IRn I En / Rn Ex IRc Ex En Rc Rn 二、实验原理---对消法 二、实验原理---对消法 二、实验原理---对消法 由此可知,用补偿法测量电池电动势的特点: 在完全补偿(G在零位)时,工作回路与被测回 路之间并无电流通过,不需要测出工作回路中 的电流I的数值,只要测得Rc与Rn的比值即可。 由于这两个补偿电阻的精度很高,且En也经过 精确测定,所以只要用高灵敏度检流计示零, 就能准确测出被测电池的电动势。 二、实验原理---对消法 SDC-IIB数字电位差综合测试仪用一体化设计,将 UJ系列电位差计、光电检流计、标准电池等集 为一体,体积小,哪个ag真人网站是真的重量轻、便于携带。用数字 显示。 测量范围0~±5V,测量分辨率10μV。 二、实验原理---电动势法测pH 电动势法可以用来测定溶液的pH值,其原理是将一个 与氢离子活度有关的指示电极与另一参比电极放在被 测溶液中构成电池,然后测定该电池的电动势E。由于 参比电极电势恒定,该电池的电动势的数值就只与被 测溶液中的氢离子活度aH+有关,于是可根据E的数值 求算出溶液pH值,常用的氢离子指示电极有:玻璃电 极,氢电极及醌氢醌电极,本实验用醌氢醌电极为指 示电极。甘汞电极为参比电极。 二、实验原理---对消法(书256页) Ex ES.C AC AB 二、实验原理---电动势法测pH 醌氢醌(为等摩尔的醌和氢醌的结晶化合物)电极的电极反应为: C6H4O2 2H 2e C6H4 (OH )2 其电极电势为: Q / H2Q 0 Q / H2Q RT 2F ln aH2Q aQ a2 H aH2Q aQ (对苯二酚解离度极小) Q / H2Q 0 Q / H2Q RT 2F ln 1 a2 H Q / H2Q 0 Q / H2Q RT F ln a H Q / H2Q 0 Q / H2Q 2.303RT F pH 二、实验原理---电动势法测pH 若用饱和甘汞电极作参比电极,当溶液的pH7.7时,醌氢醌为还原电极(正 极),则所组成的电池的电动势为: E Q / H 2Q 甘汞(饱和) ( 0 Q / H 2Q 2.303RT F pH ) 甘汞(饱和) pH 0 Q / H 2Q 甘汞(饱和) E 2.303RT / F (当溶液的pH 7.7时,醌氢醌电极为氧化电极(负极),此时,溶液pH的公式 请读者自行推导)。 由于pH8.5时,氢醌会发生电离, 碱性溶液中容易氧 化,故不能用于pH8.5的溶液,也不能在含硼酸盐的溶液中 (生成配合物) 和含强氧化剂的溶液中使用。 二、实验原理---电动势法测pH 式中醌氢醌电极的标准电极电势 0 ,饱和甘汞电极的电势 均与温度有关,它们与温度的关Q/H2系Q 为: 的值 甘汞(饱和) 0 Q/ H2Q 0.6994 7.4 104 (t 25) 甘汞(饱和) 0.2438 7.6104 (t 25) t 实验温度 甘汞(饱和) 0.2415 6.61104(t 25) 1.75106(t 25)2 9.161010(t 25) 因此,若测定了电池的电动势,根据 pH 0 Q / H 2Q 甘汞(饱和) E 2.303 RT / F 便可求得溶液的pH值。 三、仪器、药品: SDC-IIB数字电位差综合测试仪1台,锌电极1支,铜电 极1支;铂电极1支;饱和甘汞电极1只;半电池2个; 小烧杯8个,吸球1个,pH计(PB-10)1 台,复合电 极1支, 饱和KCl溶液, 0.10MZnSO4溶液, 0.10 MCuS04溶液,1 MHAC溶液;1 MNaAC溶 液。 甲液(每升溶液含11.376克Na2HP04·12H20) 乙液(每 升溶液含9.078克KH2P04), 醌氢醌晶体 标准电池请看教材260页。 四、实验步骤: 1、电极制备及电池组合 (1)锌电极及锌半电池。用细砂纸打磨,用蒸馏水淋洗, 用滤纸擦干,再将处理好的锌电极,插入清洁的半电 池管内并塞紧,将虹吸管管口浸入有 0.10M ZnSO4溶液的烧杯内,用吸球自支管吸入 ZnSO4,夹上螺旋夹,注意虹吸管内不能有气泡,也 不能有漏液现象。 (2)铜电极及铜半电池;同法制备。 四、实验步骤: (3)电池组合:将饱和KCI溶液注入50ml小烧杯中,制成盐桥,将上述的锌 半电池的虹吸管和铜半电池虹吸管插入烧杯中,所组成的电池为: 电池1: ZnZn2+(0.1000mol·L-1)Cu2+(0.1000mol·L-1)Cu 分别与甘汞电极组成的电池为: 电池2: 电池3: ZnZn2+(0.1000mol·L-1)KCl(饱和)Hg2Cl2(s)Hg(l) Hg(l)Hg2Cl2(s)KCl(饱和)Cu2+(0.10mol·L-1)Cu 四、实验步骤: 2、电动势的测定: (1) 分别估算待测电池的电动势。 (2)仔细阅读综合测试仪使用说明书的有关部分。 (3)分别测定各待测电池的电动势,重复三次, 取平均值。 四、实验步骤: 测定电动势一般应注意: (1)刚组成的电池电动势不稳定,应待3~5分钟后再测定。 当工作电池刚接入电路时,电动势稍有下降。因此在电池接入电 路后,应稍等几分钟再操作。 (2)在整个测量过程中,因工作回路有电流通过,故工作电池的电动 势会略有改变,因此,每测定一次就要校正一次。 (3)避免在寻找平衡点的过程中,原电池发生极化现象。 4、为了判断所测量的电动势是否为平衡电势,一般应在15分钟左右 的时间内,等间隔地测量7-8个数据。若这些数据是在平衡值附近 摆动,偏差小于±0.5mV,则可认为已达平衡,记录最后三个数 据,取平均值作为该电池的电动势。 注意:用电吹风吹干烧杯时, 不要将电吹风对准易燃物,不要用有电 脑的实验台上的插头和水龙头。 四、实验步骤: 3、电动势法测溶液的pH值。 (1)配制下列溶液 ①取1.0mol·dm-3HAC及1.0mol·dm-3 NaAC溶液各5ml混合后蒸馏水 稀释到20ml作待测液1。 ②取甲液1.0ml,乙液19.0ml混合,作待测液2。 ③取甲液14.0ml,乙液6.0ml混合,作待测液3。 注意使用不同体积的移液管。 将适量(黄豆大小)醌氢醌分别加在各待测溶液中,用玻璃棒搅均 匀让其 充分溶解形成饱和溶液,然后将光亮铂电极和饱和甘汞电 极插入待测溶液 1中组成下列电池。 HgIHg2Cl2l KCl(饱和)ll待测溶液IQ—H2Q IPt 用电位差计测定此电池的电动势,重复三次。 再以蒸馏水冲洗 铂电极及甘汞电极外壁,并用滤纸拭干,浸入其余各待测溶液中 组成电池,分别测定电动势,重复三次。 在测定时,一定要让 醌氢醌充分溶解,真正形成饱和溶液之后进行测定,所得之值才 能达到稳定。 4、用pH计测定上述溶液的pH值。 五、数据处理: 表 1、 三个组合电池电动势测量数据 室温: 原电池 铜—锌 锌—甘汞 铜—甘汞 电动势/V 1 2 3 平均值 五、数据处理: 室温: 项目 E/V 原电池 一 表 2、三种待测液的电动势及 pH 数据 待测液 1 待测液 2 待测液 3 二 三 平均 斜一 率二 测定 三 pH 一 pH 二 三 平均 由电动势计算 pH 五、数据处理: 1、根据公式计算Cu一Zn电池电动势的理论值, 并 与实验进行比较,讨论产生误差的原因。 T0 0 298 (t 298) 1 2 (T 298)2 0.1mol ? dm3 298.15K Cu2 0.16 Zn2 0.15 电极 电极反应 10 3 /(V / K ) 0 298 /V 10 6 /(V / K 2 ) Cu 2 / Cu Zn2 / Zn (Hg) Cu 2 2e Cu (Hg) Zn2 2e Zn (Hg) -0.016 0.100 ___ 0.62 0.3419 -0.7627 五、数据处理: 2、根据公式计算未知溶液的pH值,与酸度计 测 定值进行比较。 六、思考题 l、 原电池的电动势能用伏特计进行测定吗?为什么? 2、用对消法测定原电池的电动势的原理是什么?在测量时电位差计 中有无电流通过? 3、如何用电化学方法测定溶液的pH值? 4、怎样用醌氢醌电极测定溶液的pH值?