原電池電動勢的測定
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-10-27
一、原電池電動勢的測定實驗?zāi)康?/span>
1.了解測定原電池電動勢以及電極電位的原理和方法;
2.學(xué)習(xí)電位計、檢流計等儀器的使用方法。
二、原電池電動勢的測定提要
由電池的電動勢不應(yīng)直接用伏特計來測量。這是因為當(dāng)伏特計與電池接通后,電池中就發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流;由于反應(yīng)不斷進行,電池中溶液的濃度會不斷改變,電池的電動勢將相應(yīng)降低;另一方面,電池本身有內(nèi)電阻,用伏特計所測得的電壓,只是電池電動勢的一部分(即外電路的電壓降),而不是該電池的電動勢。但電池的電動勢可用補償法來測定,其原理可通過如圖15-1所示的線路予以簡單說明。
當(dāng)開關(guān)K1與標(biāo)準(zhǔn)電池EH接通時,標(biāo)準(zhǔn)電池與工作電池E并聯(lián);若均勻電阻滑頭位于C,調(diào)節(jié)可變電阻R使檢流計G上電流為零,此時標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢等于工作電池在均勻電阻AC上的電壓降.若再將K1與待測電池Ex接通,使其與工作電池并聯(lián),保持R位置不動,移動均勻的滑線電阻滑頭使檢流計G上電流為零;設(shè)此時滑頭位于C,則待測電池的電動勢等于工作電池在均勻的滑線電阻AC′上的電壓降。由此可得（九料化工http://yuehuifs.cn/）.
待測電池的電動勢=標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢
AC AC
即
待測電池的電動勢=標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢
----------------xAC
AC
電位計的線路就是根據(jù)圖15-1的基本線路的原理而制成的。
本實驗中用電位計測定下列原電池的電動勢:
(-) Zn|ZnSO4(0.1M)|CuO4(0.1M)|Cu(+)
若用甘汞電極作參比電極,與待測電極組成原電池,用電位計測定其電動勢。根據(jù)電池電動勢=?正-?負,可求得待測電極的電極電位。
三、儀器和藥品
1.儀器
電位計全套\甘汞電極\鹽橋(含有瓊膠及KCl或KNO3飽和溶液的U形管)[注]燒杯(100mL3只)洗瓶、溫度計、銅片、鋅片、銀、片導(dǎo)線、連有鱷魚夾的導(dǎo)線、濾紙碎片
[注]若進行電極電位的測定,則應(yīng)當(dāng)用KNO3而不宜用KCI飽和溶液。
附(一)UJ型電位計使用說明
UJ型電位計種類很,例如U47、UJ44、UJ42、UJ4、UJ25、Uj21、UJ1型等等;其中U47、UJ42等價格較費,而U34、UJ25、U1型等價格尚可。選用電位計時應(yīng)注意其測量范圍是否符合測定要求。
由于電位計型號多,有些型號精密度高(可測至10-6~10-8伏),結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,這里介紹結(jié)構(gòu)較簡單的基本類型UJ1電位計.
A.儀器
UJ1型電位計是由標(biāo)準(zhǔn)電池、電位計及靈敏檢流計等組成的。電位計的線路如圖15-2所示轉(zhuǎn)盤A相當(dāng)于圖15-1中清線電阻AC部分,用來校正電位計的電阻值,所指示的電阻值相當(dāng)于伏特數(shù)。B、C、D三個轉(zhuǎn)盤相當(dāng)于圖15-1中清線電阻AB,采用三個轉(zhuǎn)盤有利于提高測定的精確性。
E、F、H(即粗、中、細)三個轉(zhuǎn)相當(dāng)于圖151中R,三個轉(zhuǎn)盤電阻各不相同(有利于調(diào)節(jié))盤電阻最大,H盤電阻最小。
開關(guān)M相當(dāng)于圖15-1中K1;L1、L2相當(dāng)于圖1-1中的K2;L2有保護電阻,L1無保護電阻。L0為檢流計斷路按鈕,當(dāng)檢流計指針激烈擺動時可下L,則檢流計指針立即停止。N為倍數(shù)插孔,它用以選用測定量程。
B.操作步驟
(1)測定前的準(zhǔn)備在接線前,應(yīng)先將開關(guān)放在中間。若待測電池的電動勢大于0.16伏,則量程插頭N插在1處,若在0.016~0.16伏之間,則量程插頭N插在0.1處;若小于0.016伏,則插在0.01處。然后將工作電池(蓄電池或干電池2~3伏)、標(biāo)準(zhǔn)電池[注1]、待測電池、檢流計[注2](接電計處),按圖15-2分別接上。
[注1]標(biāo)準(zhǔn)電池是測量電動勢的依據(jù),必須很好保護,切勿倒置。常用的標(biāo)準(zhǔn)電池是飽和電池,又稱韋斯頓(Weston)電池。
[注2]常用的檢流計是光點反射檢流計,靈敏度高10-8安),使用時應(yīng)特別小心,電源插頭不要插錯。用好后應(yīng)將分流器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)至零點處。
(2)電位計的標(biāo)定將轉(zhuǎn)盤A調(diào)節(jié)至室溫t℃時標(biāo)準(zhǔn)電池的伏特數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)電池(飽和鎘電池)的電動勢Et隨溫度(t℃)的改變而略有變化,可按下式計算之。
Et=1.0183-0.0000406(t-20)伏
把開關(guān)M撳向標(biāo)準(zhǔn)電池一邊,此時標(biāo)準(zhǔn)電池與電位計線路接通。撳下L2,旋轉(zhuǎn)粗調(diào)節(jié)E(由小到大),同時觀察檢流計光點偏轉(zhuǎn)方向,使其光點漸趨穩(wěn)定(即擺動較慢)[注],在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)E的過程中使檢流計光點向零點靠近,再逐次調(diào)節(jié)F、H直至接近于零點然后撳下L1,再仔細調(diào)節(jié)F、H使檢流計光點指在零點(E、F、H不能再任意轉(zhuǎn)動)。
[注]如在調(diào)節(jié)過程中光點擺動很激烈,可撳下Lo,之短路,光點擺動會慢下來。
(3)電動勢的測定電位計標(biāo)定好后,將開關(guān)M撳向未知一邊,使待測電池與電位計線路接通。撳下L2,旋轉(zhuǎn)B,同時觀察檢流計光點使其逐漸靠近零點;再逐次調(diào)節(jié)C、D直至檢流計光點接近零點。然后撳下L1,再仔細調(diào)節(jié)C、D使檢流計光點指在零點讀出B、C、D三轉(zhuǎn)盤上數(shù)值,并乘上量程插頭N的值,即得待測電池的電動勢。記錄數(shù)據(jù),重復(fù)測定一次。若數(shù)據(jù)相差較大,電位計需重新標(biāo)定[注]
注]電位計標(biāo)定好后,由于測定過程中可能會有極少量電流通過,致使電壓有微弱變化,最好在每次測定前能重新標(biāo)定。
附(二)25型酸度計作毫伏計使用說明
當(dāng)pH-mV開關(guān)5指在mV檔時,25型酸度計(參看圖12-3)就成為一臺毫伏計,此時溫度補償器7和定位調(diào)節(jié)器3均不起作用;毫伏計的輸入端為參比電極接線柱9和玻璃電極插孔8。如果待測電池的電極導(dǎo)線不適用于插孔8,則可以在插孔內(nèi)插入一只接續(xù)器,把導(dǎo)線接在接續(xù)器的接線柱上。
在要求不高時,可用25型酸度計測量電池的電動勢,操作步驟如下:
(1)在插孔8處插入接續(xù)器,與原電池的負極相連,接線柱9則與原電池的正極相連。
(2)把量程選擇開關(guān)6撥到“0”(電表短路),電表上指針應(yīng)指在pH=7處。若指針不指在pH=7處,則調(diào)節(jié)電表面上的小螺絲,使指針指在pH=7處。
(3)接通電源,把電源開關(guān)撥向“開”,指示燈即發(fā)亮,等待約5分鐘。
(4)把量程選擇開關(guān)6撥到“7~0”處,并把Ph-mV開關(guān)5撥到+mV處(若正、負極接反,則可撥到-mV處),指針應(yīng)指在pH=0即電動勢等于0mV處。若指針不指在零點,則用零點調(diào)節(jié)器2調(diào)節(jié)之。撳下讀數(shù)開關(guān)4指針即指出待測電池的電動勢。
若電動勢大于700mV,指針會超出刻度范圍,此時必須把量程開關(guān)6從“7~0”撥到“0”(指針應(yīng)指在pH=7處),再從“0”到“7~14”處,則指針?biāo)阜秶礊?00~1400mV.
2.藥品
硝酸銀AgNO3(O.1M) 硫酸銅CuSO4(0.1M)
氯化鉀KCI(0.1M或飽和溶液) 硫酸鋅ZnSO4(0.1M)
四、原電池電動勢的測定實驗內(nèi)容
1.銅鋅原電池電動勢的測定
裝置好下列原電池:
(-)Zn|ZnSO4(0. 1M) CuSO4(0.1 M)Cu(+)
按測定電動勢步驟進行操作。記錄數(shù)據(jù)。
2.鋅及銀電極電位的測定
(1)電極電位的測定將鋅片及甘汞電極注]插入0.1M ZnSo4溶液中,甘汞電極上導(dǎo)線應(yīng)接在待測電池“+”極,鋅片上導(dǎo)線應(yīng)接在“一”極上。按測定電動勢步驟進行操作。記錄數(shù)據(jù)及實驗時室溫,并計算該鋅電極的電極電位。
[注]甘汞電極的電位隨溫度的改變而略有變化,可按下式計算之。
0.1N甘汞電極 ?=0.3335-0.00007(t-25)伏 (15-2)
飽和甘汞電極 ?=0.2415-0.00065(t-25)伏 (15-3)
*(2)銀電極電位的測定將銀片插入01 AgNO3溶液中,甘汞電極插入KCl溶液中[注],用鹽橋把兩溶液連通起來。將甘汞電極上導(dǎo)線接在待測電池“-”極上,將銀片上導(dǎo)線接在+極上按測定電動勢步驟進行操作。記錄數(shù)據(jù)及實驗時室溫,并計算該銀電極的電極電位。
[注]若用0.1N電,則用0.1M KCl溶液;若用飽和甘汞電極,則用KCI飽和溶液。
五、原電池電動勢的測定實驗前準(zhǔn)備的思考題
(1)測量電池電動勢,為什么不應(yīng)直接用伏特計測量,而采用補償法?
(2)用補償法測定電池電動為什么檢流計光點指向零時,電位計的讀數(shù)就是待測電池的電動勢?
(3)測量電池電動勢時,如果正、負極接反,出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么?應(yīng)如何處理?
(4)為什么每次測定電池電動勢前,對電位計都應(yīng)重新予以標(biāo)定?
(5)如何用電位計測定鋅的電極電位?
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