电动势的测定及应用

一、实验目的

（1）测定Cu－Zn电池的电动势。

（2）了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。

（3）掌握电位差计的测量原理和使用方法。

二、实验原理

电池除了可作电源外，还可用来研究构成此电池的化学反应的热力学性质。如果某原电池内进行的化学反应是可逆的，且此电池在可逆的条件下工作，则此原电池的电池反应在定温定压下的摩尔Gibbs自由能 ［变］、摩尔熵 ［变］，摩尔反应焓 ［变］及反应热分别为：

在定压下，测定不同温度下的电池电动势E，求得任一温度下的温度系数（∂E／∂T）p，由上述公式就可算出热力学函数的改变量。

图3－8 对消法原理线路图

可逆电池的电动势数据可用于热力学计算。可逆电池电动势的测量条件除了电池反应可逆和传质可逆外，还要求在测量回路中电流趋近于零。测定电动势不能用伏特计。因为电池与伏特计相接后会有电流通过，电池中电极被极化，电解液组成也会发生变化。所以伏特计只能测得电池电极间的电势降，而不是平衡时的电动势。利用对消法可在测量回路中电流趋于零的条件下进行测量，所测得的结果即为可逆电池的电动势。对消法测定电路如图3－8所示。ac Ba回路由工作电源、可变电阻和电位差计组成。工作电源的输出电压必须大于待测电池的电动势。调节可变电阻使流过回路的电流为某一定值，在电位差计的滑线电阻上产生确定的电势降，其数值由已知电动势的标准电池Es校准。另一回路ab GExa由待测电池Ex、检流计G和电位差计组成。移动滑动接触点b，当回路中无电流通过时，电池的电动势等于a、b两点的电势差。对消法测电动势是一个接近热力学可逆过程的例子。为了尽可能减小电池中溶液接界外因扩散产生的非平衡液接电势，两电极间用盐桥连通。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，电池内部还可能发生其他反应 （如发生离子迁移），电池反应是电池中所有反应的总和。

本实验化学反应方程式：

三、仪器和试剂

1．仪器

SDC－Ⅲ数字电位差综合测试仪1台，铜、锌电极，超级恒温水浴1台，小烧杯，金相砂纸，原电池装置1个。

2．试剂

饱和KCl溶液、0．100mol／dm3Zn SO4、0．100mol／dm3Cu SO4。

四、实验步骤

1．电极处理

用细砂纸轻轻地把电极擦亮，用蒸馏水洗净后，用滤纸擦干 （若作精确测定，则对锌电极要进行汞齐化处理，铜电极要进行电镀处理）。

2．铜锌原电池的组装

按图3－9组装好铜、锌原电池并置于超级恒温水浴中。组装电池时要特别注意电池导液管中不能有气泡。

图3－9 Zn－Cu原电池装置示意图

1．Zn电极；2．Zn SO4溶液 （c1）；3．Cu电极；4．Cu SO4溶液 （c2）；5．饱和KCl溶液；6．导线

3．电池电动势的测量

调节超级恒温水浴温度为18℃，恒温10min后，用SDC－Ⅲ数字电位差综合测试仪测定18℃时原电池的电动势E，在恒压条件下每间隔5℃测定电池电动势，共测定

6个温度，每次测定都要准确记录其实验温度以及相应的电动势值。

五、数据处理

（1）数据记录。

（2）以电动势E为纵坐标，绝对温度T为横坐标，作出E－T关系图。

（4）将实验值与理论值进行比较。

六、思考题

（1）用本实验方法测定电池反应的热力学函数改变值时，为什么原电池内进行的化学反应必须是可逆的？

（2）实验中盐桥的作用是什么？