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/RⅠ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/RⅡⅠ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。CEn=1.01805V3.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=296.8K2.标准电池电动势：En=1.01805V3．电池电极电势：次数Cu－Zn电极电势（V）Zn－甘汞电极电势（V）11.0888560.99628121.0743530.97112830.9984310.960328平均值1.0538800.975912相对标准偏差3.5%1.4%理论电动势1.09981.0335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=0.9410VE2=0.9440VE3=0.9451VＥ（平均）＝０．９434Ｖ7.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=1.0001E2=0.9935VE3=0.9815VＥ＝0.9917Ｖ8.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=２９１K2.标准电池电动势：En=1.0185９V3.锌—饱和甘汞电池电动势：饱和甘汞电极的电极电势：E1E2E3（平均）0.9410V0.9440V0.9451V0.9434E(理论)=1.006430Dr=(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：E1E2E3E（平均）1.0001V0.9935V0.9815V0.9917VE(理论)=E(标准)-(RT/2F)*ln(a(ZnSO4)/a(CuSO4))=1.103232VDr=(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