原电池电动势及溶液PH值的测定(11页).doc
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1、-原电池电动势及溶液PH值的测定一、实验目的 1.掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作技术; 2.学会几种电极和盐桥的制备方法; 3.通过原电池电动势的测定求算有关热力学函数。 二、预习要求 1.了解如何正确使用电位差计、标准电池和检流计。 2.了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念及其制备。 3.了解通过原电池电动势测定求算有关热力学函数的原理。 三、实验原理 凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池(或原电池)。对定温定压下的可逆 电池而言: (rGm)T,P = -Nfe(1) 式中,F为法拉弟(Farady)常数;n为电极反应式中电子的计量系数;E为电池的电动势。 可逆电池应满足
2、如下条件: (1)电池反应可逆,亦即电池电极反应可逆。 (2)电池中不允许存在任何不可逆的液接界。 (3)电池必须在可逆的情况下工作,即充放电过程必须在平衡态下进行,亦即允许通过电池的电流为无限小。 因此在制备可逆电池、测定可逆电池的电动势时应符合上述条件,在精确度不高的测量中,常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成“盐桥”来消除液接电位。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。 可逆电池的电动势可看作正、负两个电极的电势之差。设正极电势为+,负极电势为,则: E=+ 电极电势的绝对值无法测定,手册上所列的电极电势均为相对电极电势,即以标准氢电极作为标准(标准氢电极是氢气压力为1
3、01325Pa,溶液中 为1),其电极电势规定为零。将标准氢电极与待测电极组成一电池,所测电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不便,常用另外一些易制备、电极电势稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极有甘汞电极、银-氯化银电极等。这些电极与标准氢电极比较而得的电势已精确 测出,可参见附录二。 1.求难溶盐AgCl的溶度积KSP 设计电池如下:Ag(S)-AgCl(S)HCl(0.1000molkg-1)AgNO3(0.1000molkg-1)Ag(S) 银电极反应: Ag+eAg 银氯化银电极反应: Ag + Cl-AgCl+e 总的电池反应为: Ag+Cl-AgCl 式(5)中n=
4、1,在纯水中AgCl溶解度极小,所以活度积就等于溶度积。所以: (6)代入(4)化简之有:已知,测得电池动势E,即可求KSP。 2.求电池反应的rGm、rSm、rHm、rGm 分别测定“1”中电池在各个温度下的电动势,作ET图,从曲线斜率可求得任一温度下的 ,利用公式(1),(2),(3),(5),即可求得该电池反应的rGm、rSm、rHmrGm 3.求铜电极(或银电极)的标准电极电势 对铜电极可设计电池如下: Hg(l)-Hg2Cl2(S)KCl(饱和)CuSO4(0.1000molkg-1)Cu(S) 铜电极的反应为: Cu2+ + 2e Cu 甘汞电极的反应为: 2Hg+2Cl-Hg2C
5、l2+2e 电池电动势: 饱和甘汞) 所以 (饱和甘汞) 已知 (饱和甘汞),测得电动势E,即可求得 。 对银电极可设计电池如下: Hg(l)-Hg2Cl2(S)KCl(饱和)AgNO3(0.1000molkg-1)Ag(S) 银电极的反应为: Ag+eAg甘汞电极的反应为:2Hg+2Cl-Hg2Cl2+2e 电池电动势: (饱和甘汞) 所以 (饱和甘汞) (9) 4.测定浓差电池的电动势 设计电池如下: (m1) (m2) Cu(S)CuSO4(0.0100molkg-1)CuSO4(0.1000molkg-1)Cu(S) 电池的电动势 (10) 5.测定溶液的pH值 利用各种氢离子指示电极
6、与参比电极组成电池,即可从电池电动势算出溶液的pH值,常用指示电极有:氢电极、醌氢醌电极和玻璃电极。今讨论醌氢醌(QQH2)电极。QQH2为醌(Q)与氢醌(QH2)等摩尔混合物,在水溶液中部分分解。 它在水中溶解度很小。将待测pH溶液用Q.QH2饱和后,再插入一只光亮Pt电极就构成了QQH2电极,可用它构成如下电池: Hg(l)-Hg2Cl2(S)饱和KCl溶液由Q.QH2饱和的待测pH溶液(H+)Pt(S) Q.QH2电极反应为: Q+2H+2eQH2 因为在稀溶液中aH+=CH+,所以: QQH2=QQH2-2 可见,QQH2电极的作用相当于一个氢电极,电池的电动势为: (饱和甘汞) (1
7、1) 已知QQH2及(饱和甘汞),测得电动势E,即可求pH。 由于QQH2易在碱性液中氧化,待测液之pH值不超过8.5。四、仪器药品 1.仪器 电位差计1台;直流复射式检流计1台;精密稳压电源(或蓄电池)1台;标准电池1只;银电极2只;铜电极2只;铂电极2只;饱和甘汞电极1只;锌电极1只;恒温夹套烧杯2只;毫安表1只;滑线电阻1只;盐桥数只;超级恒温槽1台。 2.药品 HCl(0.1000molkg-1);AgNO3(0.1000molkg-1);CuSO4(0.1000molkg-1);CuSO4(0.0100molkg-1);ZnSO4(0.100molkg-1);镀银溶液;镀铜溶液;未知
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