实验十六电极电位和原电池电动势的测定.doc
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1、实验十六 电极电位和原电池电动势的测定一、目的要求1、巩固电极电位产生原因和影响因素;2、掌握测量电极电位的实验方法;3、掌握原电池、电解池电位的测量方法;4、掌握电极极化的原因;5、掌握电化学测试系统;6、理解原电池和电极电势的概念。二、实验原理电极电位(原电池电动势)测量方法可以有以下三种方法1:电极电位的直接测量原理如图1。图1 电极电位(原电池电动势)测量原理图当被测电极与参比电极组成测量原电池时,参比电极作电池的正极(阴极)时,有若参比电极作电池的负极(阳极)时,有式中:为被测电极的氢标电位;R为参比电极的氢标电位。方法2:补偿法测量电极电位原理图,教材5657页。方法3:对消法。图
2、2 补偿法测量电极电位测量原理图对消法测定电动势就是在所研究的电极(电池)的外电路上加一个方向相反的电压。当两者相等时,电路的电流为零(通过检流计指示)。此时,所研究的电池的电动势就可以从外电路的电压数值读出。原电池是由两个“半电池”组成,每个半电池中有一个电极和相应的溶液。由不同的半电池可以组成各式各样的原电池,电池中的正极起还原作用,负极起氧化作用,电池的电动势等于两个电极电位的差值:例如Cu-Zn电池 Zn|ZnSO4(a1)|CuSO4(a2)|CuZn的电极电位Cu的电极电位Cu-Zn电池的电动势为:三、仪器与药品电化学测试系统 1套 饱和甘汞电极 1只盐桥 1个 电解池 1套Cu电
3、极片 1个 Fe电极片 1个容量瓶 1个 量筒 1个广口瓶 3个 饱和KCl溶液CuSO4(0.1mol.L-1)溶液 CuSO4(0.01mol.L-1)溶液NaCl(0.1mol.L-1)溶液 四、实验步骤1、电极制备图4 工作电极的结构示意图工作电极表面要平整,不能出现尖角或台阶,这些结构将会影响电极电位的分布。工作电极可以按照图4的结构示意图制作。即:圆片状的试样背面焊上导线,导线外部有绝缘橡胶,利用环氧树脂将导线与试样焊接处密封,制成工作电极。2、按标准电池电动势温度校正公式计算实验温度下标准电池的电动势值,并对电位差测试仪进行温度补偿校正。3、测量电极在以下溶液中的电极电位、原电池
4、电动势。(1)Fe|NaCl(0.1mol.L-1)|KCl(饱和)|Hg2Cl2, Hg(2)Cu|CuSO4(0.01 mol.L-1) | KCl(饱和)|Hg2Cl2, Hg(3)Cu | CuSO4(0.1 mol.L-1) | KCl(饱和)|Hg2Cl2, Hg(4)Cu | CuSO4(0.1 mol.L-1) | NaCl(0.1mol.L-1)|Fe(5)Cu |CuSO4(0.1 mol.L-1) | CuSO4(0.01 mol.L-1) |Cu(a) (b)图5 电池组装示意图五、实验记录和数据处理1、将电极放入溶液的同时,启动测试程序,记录电极电位、原电池电动势随时
5、间的变化曲线。2、试验过程中改变溶液对流速率,记录流动对电极电位以及原电池电动势的影响。绘出溶液搅拌情况下的电极电位以及原电池电动势的变化曲线,说明原因。3、根据饱和甘汞电极的电极电位与温度关系式j饱和甘汞 /V = 0.2415 7.6110-4 (T/K 298.2)计算室温时饱和甘汞电极的电极电位。然后根据电池(2)、(3)的实测电动势求出铜、锌电极的,和的值。4、根据有关公式计算在实验温度下各组电池E(1) 、E(2) 、E(3)、E(4) 、E(5)的理论值,并与实验值进行比较。因为在书中只能查到25时的值,需要用下式进行温度校正:式中a、b为电极的温度系数。对电池来说:铜电极(Cu
6、2+/Cu), = -0.01610-3VK-1 , = 0运用上式计算或E值时,需要物质的活度数据,已知25时0.1 moll-1和0.01moll-1CuSO4 溶液中铜离子的平均活度系数为0.15和 0.41。5、指出可逆电极电位、不可逆电极电位。六、思考题1用伏特计测量电池电动势、电极电位对测量值有何影响?2对消法测量电池电动势的主要原理是什么?附录1 电解池装置电解池装置的设计是电化学实验曾要考虑的问题,它是研究体系的基本装置。图1给出电解池装置的基本部份,包括研究电极,电解质溶液,提供极化电流回路的辅助电级,测量电极电位的参比电极,以及电解池容器。图2 电解池测量接线示意图双电极电
7、解池装置是将参比电极和辅助电极共用一个电极,这在电化学实验中很少用,一般都用上述三电极电解池装置。附录2 参比电极水溶液参比电极常见有氢电极、氯化银电极、甘汞电极、硫酸亚汞电极和氧化汞电极。图3给出上述电极示意图。氢电极是最重要参比电极。镀Pt黑前的光亮Pt片应经体积比为12M HCl:16M HNO3:H2O3:1:4的混合液浸泡后,用16M HNO3漂洗。用蒸馏水冲洗干净后将它放入0.01M H2SO4溶液中阴极还原数分钟,除去表面氧化物。将电极取出清洗后应立即镀pt黑。用两个小烧杯,中间用盐桥连通,避免辅助电极析氢的影响。镀液为0.072M(3.5)H2PtCl6+1.310-4M(0.
8、005)Pb(AC)2,其中Pb(AC)2是防止Pt黑中毒,提高氢电极使用寿命。在搅拌情况下,用阴极还原电流密度30mA/cm2(防止阴极出现气泡),电镀10min,Pt电极表面将沉积黑色的Pt镀层。已镀Pt电极应浸在蒸馏水中保存。氢电极通入的氢气流量控制在12 气泡sec(气管内径约lmm)。氢气要严格除氧。为了防止浓度变化,气体可先经同浓度电解液后再进入氢电极中。氯化银电极是另一重要参比电极。Ag丝经3MHNO3和蒸馏水漂洗后,在0.lMHCl溶液中,用电流密度0.4mA/cm2阳极氧化30min,Ag丝表面将覆盖AgC1沉积物。新鲜AgCl颜色是深棕色,然后逐渐变成淡棕色或者棕色。取出清
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