原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-10-27
一、原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1.了解測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì)以及電極電位的原理和方法;
2.學(xué)習(xí)電位計(jì)、檢流計(jì)等儀器的使用方法。
二、原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定提要
由電池的電動(dòng)勢(shì)不應(yīng)直接用伏特計(jì)來(lái)測(cè)量。這是因?yàn)楫?dāng)伏特計(jì)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(jìn)行,電池中溶液的濃度會(huì)不斷改變,電池的電動(dòng)勢(shì)將相應(yīng)降低;另一方面,電池本身有內(nèi)電阻,用伏特計(jì)所測(cè)得的電壓,只是電池電動(dòng)勢(shì)的一部分(即外電路的電壓降),而不是該電池的電動(dòng)勢(shì)。但電池的電動(dòng)勢(shì)可用補(bǔ)償法來(lái)測(cè)定,其原理可通過(guò)如圖15-1所示的線路予以簡(jiǎn)單說(shuō)明。
當(dāng)開關(guān)K1與標(biāo)準(zhǔn)電池EH接通時(shí),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(jì)G上電流為零,此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)等于工作電池在均勻電阻AC上的電壓降.若再將K1與待測(cè)電池Ex接通,使其與工作電池并聯(lián),保持R位置不動(dòng),移動(dòng)均勻的滑線電阻滑頭使檢流計(jì)G上電流為零;設(shè)此時(shí)滑頭位于C,則待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)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://f670.cn/）.
待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)=標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)
AC AC
即
待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)=標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)
----------------xAC
AC
電位計(jì)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(shí)驗(yàn)中用電位計(jì)測(cè)定下列原電池的電動(dòng)勢(shì):
(-) Zn|ZnSO4(0.1M)|CuO4(0.1M)|Cu(+)
若用甘汞電極作參比電極,與待測(cè)電極組成原電池,用電位計(jì)測(cè)定其電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電池電動(dòng)勢(shì)=?正-?負(fù),可求得待測(cè)電極的電極電位。
三、儀器和藥品
1.儀器
電位計(jì)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(jì)、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(jìn)行電極電位的測(cè)定,則應(yīng)當(dāng)用KNO3而不宜用KCI飽和溶液。
附(一)UJ型電位計(jì)使用說(shuō)明
UJ型電位計(jì)種類很,例如U47、UJ44、UJ42、UJ4、UJ25、Uj21、UJ1型等等;其中U47、UJ42等價(jià)格較費(fèi),而U34、UJ25、U1型等價(jià)格尚可。選用電位計(jì)時(shí)應(yīng)注意其測(cè)量范圍是否符合測(cè)定要求。
由于電位計(jì)型號(hào)多,有些型號(hào)精密度高(可測(cè)至10-6~10-8伏),結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,這里介紹結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的基本類型UJ1電位計(jì).
A.儀器
UJ1型電位計(jì)是由標(biāo)準(zhǔn)電池、電位計(jì)及靈敏檢流計(jì)等組成的。電位計(jì)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(lái)校正電位計(jì)的電阻值,所指示的電阻值相當(dāng)于伏特?cái)?shù)。B、C、D三個(gè)轉(zhuǎn)盤相當(dāng)于圖15-1中清線電阻AB,采用三個(gè)轉(zhuǎn)盤有利于提高測(cè)定的精確性。
E、F、H(即粗、中、細(xì))三個(gè)轉(zhuǎn)相當(dāng)于圖151中R,三個(gè)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(hù)電阻,L1無(wú)保護(hù)電阻。L0為檢流計(jì)斷路按鈕,當(dāng)檢流計(jì)指針激烈擺動(dòng)時(shí)可下L,則檢流計(jì)指針立即停止。N為倍數(shù)插孔,它用以選用測(cè)定量程。
B.操作步驟
(1)測(cè)定前的準(zhǔn)備在接線前,應(yīng)先將開關(guān)放在中間。若待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)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(cè)電池、檢流計(jì)[注2](接電計(jì)處),按圖15-2分別接上。
[注1]標(biāo)準(zhǔn)電池是測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的依據(jù),必須很好保護(hù),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(jì)是光點(diǎn)反射檢流計(jì),靈敏度高10-8安),使用時(shí)應(yīng)特別小心,電源插頭不要插錯(cuò)。用好后應(yīng)將分流器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)至零點(diǎn)處。
(2)電位計(jì)的標(biāo)定將轉(zhuǎn)盤A調(diào)節(jié)至室溫t℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池的伏特?cái)?shù)。標(biāo)準(zhǔn)電池(飽和鎘電池)的電動(dòng)勢(shì)Et隨溫度(t℃)的改變而略有變化,可按下式計(jì)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池與電位計(jì)線路接通。撳下L2,旋轉(zhuǎn)粗調(diào)節(jié)E(由小到大),同時(shí)觀察檢流計(jì)光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)方向,使其光點(diǎn)漸趨穩(wěn)定(即擺動(dòng)較慢)[注],在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)E的過(guò)程中使檢流計(jì)光點(diǎn)向零點(diǎn)靠近,再逐次調(diào)節(jié)F、H直至接近于零點(diǎn)然后撳下L1,再仔細(xì)調(diào)節(jié)F、H使檢流計(jì)光點(diǎn)指在零點(diǎn)(E、F、H不能再任意轉(zhuǎn)動(dòng))。
[注]如在調(diào)節(jié)過(guò)程中光點(diǎn)擺動(dòng)很激烈,可撳下Lo,之短路,光點(diǎn)擺動(dòng)會(huì)慢下來(lái)。
(3)電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定電位計(jì)標(biāo)定好后,將開關(guān)M撳向未知一邊,使待測(cè)電池與電位計(jì)線路接通。撳下L2,旋轉(zhuǎn)B,同時(shí)觀察檢流計(jì)光點(diǎn)使其逐漸靠近零點(diǎn);再逐次調(diào)節(jié)C、D直至檢流計(jì)光點(diǎn)接近零點(diǎn)。然后撳下L1,再仔細(xì)調(diào)節(jié)C、D使檢流計(jì)光點(diǎn)指在零點(diǎn)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(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。記錄數(shù)據(jù),重復(fù)測(cè)定一次。若數(shù)據(jù)相差較大,電位計(jì)需重新標(biāo)定[注]
注]電位計(jì)標(biāo)定好后,由于測(cè)定過(guò)程中可能會(huì)有極少量電流通過(guò),致使電壓有微弱變化,最好在每次測(cè)定前能重新標(biāo)定。
附(二)25型酸度計(jì)作毫伏計(jì)使用說(shuō)明
當(dāng)pH-mV開關(guān)5指在mV檔時(shí),25型酸度計(jì)(參看圖12-3)就成為一臺(tái)毫伏計(jì),此時(shí)溫度補(bǔ)償器7和定位調(diào)節(jié)器3均不起作用;毫伏計(jì)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(cè)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(shí),可用25型酸度計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì),操作步驟如下:
(1)在插孔8處插入接續(xù)器,與原電池的負(fù)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(fù)極接反,則可撥到-mV處),指針應(yīng)指在pH=0即電動(dòng)勢(shì)等于0mV處。若指針不指在零點(diǎn),則用零點(diǎn)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(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。
若電動(dòng)勢(shì)大于700mV,指針會(huì)超出刻度范圍,此時(shí)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?gòu)?ldquo;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(dòng)勢(shì)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.銅鋅原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定
裝置好下列原電池:
(-)Zn|ZnSO4(0. 1M) CuSO4(0.1 M)Cu(+)
按測(cè)定電動(dòng)勢(shì)步驟進(jìn)行操作。記錄數(shù)據(jù)。
2.鋅及銀電極電位的測(cè)定
(1)電極電位的測(cè)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(cè)電池“+”極,鋅片上導(dǎo)線應(yīng)接在“一”極上。按測(cè)定電動(dòng)勢(shì)步驟進(jìn)行操作。記錄數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫,并計(jì)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(jì)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(cè)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(lái)。將甘汞電極上導(dǎo)線接在待測(cè)電池“-”極上,將銀片上導(dǎo)線接在+極上按測(cè)定電動(dòng)勢(shì)步驟進(jìn)行操作。記錄數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫,并計(jì)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(dòng)勢(shì)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備的思考題
(1)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì),為什么不應(yīng)直接用伏特計(jì)測(cè)量,而采用補(bǔ)償法?
(2)用補(bǔ)償法測(cè)定電池電動(dòng)為什么檢流計(jì)光點(diǎn)指向零時(shí),電位計(jì)的讀數(shù)就是待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)?
(3)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)時(shí),如果正、負(fù)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(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)前,對(duì)電位計(jì)都應(yīng)重新予以標(biāo)定?
(5)如何用電位計(jì)測(cè)定鋅的電極電位?
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