物理化学实验报告
院系 化学化工学院 班级 学号 姓名
实验名称 ： 原电池电动势的测定 日期 同组者姓名 史黄亮 室温 16.84℃ 气压 101.7 kPa 成绩
一、目的和要求
1.学会一些电极的制备和处理方法；
2.掌握对消法测定电池电动势及电极电势的原理和方法； 3.熟悉数字式电子电位差计的工作原理和正确的使用方法。
二、基本原理
测定电池电动势必须要求电池反应本身是可逆的，即电池必须在可逆的情况下工作，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此根据对消法原理（在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池）设计了一种电位差计，以满足测量工作的需要。
T温度下的电极电势 ψT=ψTθ-(RT/2F)*ln(1/a);
— a= r±*m (r±参见附录表V-5-30)
ψTθ=ψ298θ+α(T-298)+0.5β(T-298)^2 — α，β为电池电极的温度系数： 铜电极(Cu2+/Cu)，α=-0.000016 V/K，β=0
锌电极[Zn2+/Zn(Hg)]，α=0.0001 V/K，β=0.62*10-6 V/K
三、仪器、试剂
SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪、YJ56电镀仪 毫安表、饱和甘汞电极、U型玻璃管等；
0.1000mol/L CuSO4溶液、0.0100mol/L CuSO4溶液、0.1000mol/L ZnSO4溶液、
Hg2Cl2溶液、饱和KCl溶液、琼脂、氯化钾(A.R.)、 铜片、锌片等。
四、实验步骤
㈠、电极制备
Ⅰ. 铜电极
① 取2片铜片，用沙皮纸将其表面打磨干净，再放入稀硝酸溶液中处理
片刻，用蒸馏水冲洗干净；
② 将处理后的铜片放入电镀液(0.1000mol/L CuSO4溶液)中,与电源的负
极相连，电源的正极与另一片铜片相连，回路中连有一只毫安表，调节电镀装置使毫安表的读数为40左右，电镀约1h； Ⅱ. 锌电极
① 取一片锌片，用沙皮纸将其表面的氧化物打磨去除，放入稀硫酸溶液
中片刻，使其表面氧化物进一步反应完全；
② 用蒸馏水冲洗锌片后，将其放入Hg2Cl2溶液约6秒钟，使其表面汞齐
化；
③ 取出后再用蒸馏水淋洗，用纸吸干表面的水，放入0.1000 mol/L ZnSO4
溶液中备用；
㈡、制盐桥
① 在100ml烧杯中加入适量蒸馏水，用电磁炉煮沸； ② 称取12g琼脂和20g纯KCl，加入沸水中
③ 待固体完全溶解至溶液成浆糊状时，用胶头滴管将液体注入U型玻璃
管中，注满且没有气泡； ④ 冷却后即为盐桥；
㈢、测定各组电池的电动势
a. (-) Zn｜ZnSO4(0.1000mol/L)‖KCl(饱和)｜Hg2Cl2｜Hg (+) b. (-) Zn｜ZnSO4(0.1000mol/L)‖KCl(饱和)｜AgCl｜Ag (+) c. (-) Hg｜Hg2Cl2｜KCl(饱和) ‖CuSO4(0.1000mol/L) ｜C u (+) d. (-) Ag｜AgCl｜KCl(饱和) ‖CuSO4(0.1000mol/L) ｜Cu (+) e. (-) Zn｜ZnSO4(0.1000mol/L)‖CuSO4(0.1000mol/L) ｜Cu (+) f. (-) Cu｜CuSO4(0.0100mol/L)‖ CuSO4(0.1000mol/L) ｜Cu (+)
① 打开数字式电位差计的电源，打到内标档，各旋钮打至0处，按下归
零按钮；
② 切换到测量档，将以上电池的正负极对应数字式电位差计的正负极连
接好；
③ 调整各旋钮，使右侧显示值为零(有时需要等待片刻至数值稳定)，此时
左侧显示的数值即被测电池的电动势； ④ 依次测定6组电池的电动势并记录下数据。
五、原始数据
六、数据处理
在实验温度下，饱和甘汞电极的电极电势为： SCE = 0.2415－7.61*10-4*(T－298)
= 0.2415－7.61*10-4*(16.84＋273－298) = 0.24771 V(1)
-1
(Zn2+(0.10mol·L)|Zn)= SCE－E(1)
= (0.24771－1.06154) V =－0.81383 V
-1(Cu2+(0.10mol·L)|Cu)= E(2)＋SCE
= (0.03769＋0.24771) V = 0.28540 V
-1(Cu2+(0.010mol·L)|Cu)= (Cu2+(0.10mol·L-1)|Cu)－E(4)
= (0.28540－0.02265) V = 0.26275 V
在实验温度下，各电极的标准电极电势为：
-1(Zn2+(0.10mol·L) |Zn)=θ
(Zn
2+-1
(0.10mol·L) |Zn)－RT/2F*㏑
1/α(Zn2+) 则可得：
θ
2+-12+-1(Zn(0.10mol·L)|Zn) = (Zn(0.10mol·L)|Zn)＋RT/2F*㏑1/α(Zn2+)
=－0.81383＋8.314*289.84/(2*96500)* ㏑1/0.1 = －0.78508 V
-1(Cu2+(0.10mol·L)|Cu)=θ
2+-1
(Cu(0.10mol·L)|Cu)－RT/2F*㏑
1/α(Cu2+) 则可得： 1/α(Cu2+)
θ
2+-12+-1
(Cu(0.10mol·L)|Cu)= (Cu(0.10mol·L)|Cu)+ RT/2F*㏑
= 0.28540＋8.314*289.84/(2*96500)* ㏑1/0.1 = 0.31415 V
对于电池4，它是浓差电池，所以两电极的标准电极电势相同 θ
2+-1(Cu(0.10mol·L)|Cu)= 0.31415 V
在298K下，各电极的标准电极电势为： 由θθ
2+-1
(Zn(0.10mol·L) |Zn)=θ298＋α
(T-298)＋1/2β(T－298)^2可得：
(T－298)－1/2β(T-298)^2
2+-12+-1298(Zn(0.10mol·L) |Zn)=θ(Zn(0.10mol·L)|Zn)－α
=－0.78508－0.0001*(289.84－298） －0.5*0.62*10^(-6)*（289.84－298）^2 =－0.7843 V
θ
2+-12+-1298(Cu(0.10mol·L)|Cu)= θ(Cu(0.10mol·L)|Cu)－α
(T－298)－1/2β(T－298)^2
= 0.31415－(－0.000016)*（289.84－298） －0.5*0.62*10^（-6）*(289.84－298)^2 = 0.31428 V
对锌—铜电池：理论电动势：
-12+-1E理 = (Cu2+(0.10mol·L)|Cu)- (Zn(0.10mol·L) |Zn)
= 0.28540－（－0.81383） = 1.09923 V
实验值E实=1.09402 V 即E理 > E实
七、思考题
1、为什么不能用伏特计测量电池的电动势？
答：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，溶液的浓度就会不断改变。同时，电池本身也有内阻，因而伏特计不可能有稳定的数值。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、测量电池电动势为何要用盐桥？选择“盐桥”液有什么要求？
答：① 使用盐桥是为了尽可能的减小液接电势，使可近似的当作是可逆电池
来处理。
② 在选择“盐桥”液的时候需考虑到，盐桥内的电解质正负离子的迁移
数要相等或尽可能的接近；还要注意其稳定程度，应不易流失或改变状态。本实验选取的是饱和的KCl琼脂液。
3、电位差计的平衡指示始终要调节为零，如不为零说明什么？
答：电位差计的平衡指示不为零说明电路中有电流存在，要么是可调电池在放电，被测电池在充电，要么是被测电池在放电，可调电池在充电。这时的电池为不可逆，对实验结果有影响，但是在实际试验过程中往往很难稳定在零点，而是由微小的摆动，我们就近似认为电池是可逆且平衡的。
八、实验总结
(一) 实验中有很多的近似处理，比如液接电势、接触电势和扩散电势的忽略，电池近似处理为可逆电池等等。因而，实验结果与实际值有一定的偏差，且可推得其结果是偏小的。
(二) 在制备电极时，需先将电极上的氧化膜出去，不然会影响实验。比如锌电极表面不干净就会影响其汞齐化。
(三) 在制备盐桥时，不能在中间有气泡，否则会影响离子的迁移，影响到实验的结果。因此，在灌注溶有KCl的琼脂液的时候要特别注意。
(四) 通过本实验，我基本掌握了一些常用电极的制备方法，为以后打下了基础。
九、注意事项
1、制备电极时，金属表面的氧化膜要除干净； 2、制备盐桥时，灌注速度要掌控好，不能留下气泡； 3、测电动势时要使数值基本稳定了在读数。
物理化学实验报告
院系 化学化工学院 班级 学号 姓名
实验名称 ： 原电池电动势的测定 日期 同组者姓名 史黄亮 室温 16.84℃ 气压 101.7 kPa 成绩
一、目的和要求
1.学会一些电极的制备和处理方法；
2.掌握对消法测定电池电动势及电极电势的原理和方法； 3.熟悉数字式电子电位差计的工作原理和正确的使用方法。
二、基本原理
测定电池电动势必须要求电池反应本身是可逆的，即电池必须在可逆的情况下工作，此时只允许有无限小的电流通过电池。因此根据对消法原理（在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池）设计了一种电位差计，以满足测量工作的需要。
T温度下的电极电势 ψT=ψTθ-(RT/2F)*ln(1/a);
— a= r±*m (r±参见附录表V-5-30)
ψTθ=ψ298θ+α(T-298)+0.5β(T-298)^2 — α，β为电池电极的温度系数： 铜电极(Cu2+/Cu)，α=-0.000016 V/K，β=0
锌电极[Zn2+/Zn(Hg)]，α=0.0001 V/K，β=0.62*10-6 V/K
三、仪器、试剂
SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪、YJ56电镀仪 毫安表、饱和甘汞电极、U型玻璃管等；
0.1000mol/L CuSO4溶液、0.0100mol/L CuSO4溶液、0.1000mol/L ZnSO4溶液、
Hg2Cl2溶液、饱和KCl溶液、琼脂、氯化钾(A.R.)、 铜片、锌片等。
四、实验步骤
㈠、电极制备
Ⅰ. 铜电极
① 取2片铜片，用沙皮纸将其表面打磨干净，再放入稀硝酸溶液中处理
片刻，用蒸馏水冲洗干净；
② 将处理后的铜片放入电镀液(0.1000mol/L CuSO4溶液)中,与电源的负
极相连，电源的正极与另一片铜片相连，回路中连有一只毫安表，调节电镀装置使毫安表的读数为40左右，电镀约1h； Ⅱ. 锌电极
① 取一片锌片，用沙皮纸将其表面的氧化物打磨去除，放入稀硫酸溶液
中片刻，使其表面氧化物进一步反应完全；
② 用蒸馏水冲洗锌片后，将其放入Hg2Cl2溶液约6秒钟，使其表面汞齐
化；
③ 取出后再用蒸馏水淋洗，用纸吸干表面的水，放入0.1000 mol/L ZnSO4
溶液中备用；
㈡、制盐桥
① 在100ml烧杯中加入适量蒸馏水，用电磁炉煮沸； ② 称取12g琼脂和20g纯KCl，加入沸水中
③ 待固体完全溶解至溶液成浆糊状时，用胶头滴管将液体注入U型玻璃
管中，注满且没有气泡； ④ 冷却后即为盐桥；
㈢、测定各组电池的电动势
a. (-) Zn｜ZnSO4(0.1000mol/L)‖KCl(饱和)｜Hg2Cl2｜Hg (+) b. (-) Zn｜ZnSO4(0.1000mol/L)‖KCl(饱和)｜AgCl｜Ag (+) c. (-) Hg｜Hg2Cl2｜KCl(饱和) ‖CuSO4(0.1000mol/L) ｜C u (+) d. (-) Ag｜AgCl｜KCl(饱和) ‖CuSO4(0.1000mol/L) ｜Cu (+) e. (-) Zn｜ZnSO4(0.1000mol/L)‖CuSO4(0.1000mol/L) ｜Cu (+) f. (-) Cu｜CuSO4(0.0100mol/L)‖ CuSO4(0.1000mol/L) ｜Cu (+)
① 打开数字式电位差计的电源，打到内标档，各旋钮打至0处，按下归
零按钮；
② 切换到测量档，将以上电池的正负极对应数字式电位差计的正负极连
接好；
③ 调整各旋钮，使右侧显示值为零(有时需要等待片刻至数值稳定)，此时
左侧显示的数值即被测电池的电动势； ④ 依次测定6组电池的电动势并记录下数据。
五、原始数据
六、数据处理
在实验温度下，饱和甘汞电极的电极电势为： SCE = 0.2415－7.61*10-4*(T－298)
= 0.2415－7.61*10-4*(16.84＋273－298) = 0.24771 V(1)
-1
(Zn2+(0.10mol·L)|Zn)= SCE－E(1)
= (0.24771－1.06154) V =－0.81383 V
-1(Cu2+(0.10mol·L)|Cu)= E(2)＋SCE
= (0.03769＋0.24771) V = 0.28540 V
-1(Cu2+(0.010mol·L)|Cu)= (Cu2+(0.10mol·L-1)|Cu)－E(4)
= (0.28540－0.02265) V = 0.26275 V
在实验温度下，各电极的标准电极电势为：
-1(Zn2+(0.10mol·L) |Zn)=θ
(Zn
2+-1
(0.10mol·L) |Zn)－RT/2F*㏑
1/α(Zn2+) 则可得：
θ
2+-12+-1(Zn(0.10mol·L)|Zn) = (Zn(0.10mol·L)|Zn)＋RT/2F*㏑1/α(Zn2+)
=－0.81383＋8.314*289.84/(2*96500)* ㏑1/0.1 = －0.78508 V
-1(Cu2+(0.10mol·L)|Cu)=θ
2+-1
(Cu(0.10mol·L)|Cu)－RT/2F*㏑
1/α(Cu2+) 则可得： 1/α(Cu2+)
θ
2+-12+-1
(Cu(0.10mol·L)|Cu)= (Cu(0.10mol·L)|Cu)+ RT/2F*㏑
= 0.28540＋8.314*289.84/(2*96500)* ㏑1/0.1 = 0.31415 V
对于电池4，它是浓差电池，所以两电极的标准电极电势相同 θ
2+-1(Cu(0.10mol·L)|Cu)= 0.31415 V
在298K下，各电极的标准电极电势为： 由θθ
2+-1
(Zn(0.10mol·L) |Zn)=θ298＋α
(T-298)＋1/2β(T－298)^2可得：
(T－298)－1/2β(T-298)^2
2+-12+-1298(Zn(0.10mol·L) |Zn)=θ(Zn(0.10mol·L)|Zn)－α
=－0.78508－0.0001*(289.84－298） －0.5*0.62*10^(-6)*（289.84－298）^2 =－0.7843 V
θ
2+-12+-1298(Cu(0.10mol·L)|Cu)= θ(Cu(0.10mol·L)|Cu)－α
(T－298)－1/2β(T－298)^2
= 0.31415－(－0.000016)*（289.84－298） －0.5*0.62*10^（-6）*(289.84－298)^2 = 0.31428 V
对锌—铜电池：理论电动势：
-12+-1E理 = (Cu2+(0.10mol·L)|Cu)- (Zn(0.10mol·L) |Zn)
= 0.28540－（－0.81383） = 1.09923 V
实验值E实=1.09402 V 即E理 > E实
七、思考题
1、为什么不能用伏特计测量电池的电动势？
答：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，溶液的浓度就会不断改变。同时，电池本身也有内阻，因而伏特计不可能有稳定的数值。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、测量电池电动势为何要用盐桥？选择“盐桥”液有什么要求？
答：① 使用盐桥是为了尽可能的减小液接电势，使可近似的当作是可逆电池
来处理。
② 在选择“盐桥”液的时候需考虑到，盐桥内的电解质正负离子的迁移
数要相等或尽可能的接近；还要注意其稳定程度，应不易流失或改变状态。本实验选取的是饱和的KCl琼脂液。
3、电位差计的平衡指示始终要调节为零，如不为零说明什么？
答：电位差计的平衡指示不为零说明电路中有电流存在，要么是可调电池在放电，被测电池在充电，要么是被测电池在放电，可调电池在充电。这时的电池为不可逆，对实验结果有影响，但是在实际试验过程中往往很难稳定在零点，而是由微小的摆动，我们就近似认为电池是可逆且平衡的。
八、实验总结
(一) 实验中有很多的近似处理，比如液接电势、接触电势和扩散电势的忽略，电池近似处理为可逆电池等等。因而，实验结果与实际值有一定的偏差，且可推得其结果是偏小的。
(二) 在制备电极时，需先将电极上的氧化膜出去，不然会影响实验。比如锌电极表面不干净就会影响其汞齐化。
(三) 在制备盐桥时，不能在中间有气泡，否则会影响离子的迁移，影响到实验的结果。因此，在灌注溶有KCl的琼脂液的时候要特别注意。
(四) 通过本实验，我基本掌握了一些常用电极的制备方法，为以后打下了基础。
九、注意事项
1、制备电极时，金属表面的氧化膜要除干净； 2、制备盐桥时，灌注速度要掌控好，不能留下气泡； 3、测电动势时要使数值基本稳定了在读数。