原电池电动势的测原电池电动势的测定及其应用定及其应用

(1)

原电池电动势的测原电池电动势的测

定及其应用定及其应用

─Electromotive Force of ─Electromotive Force of Galvanic CellGalvanic Cell

(2)

壹 . .

壹测定测定 Zn-Cu Zn-Cu 电池的电动势和电池的电动势和 Cu Cu 、、 Zn Zn 电极电极的电极电势

的电极电势贰 . .

贰学会一些电极的制备和处理方法学会一些电极的制备和处理方法叁 . .

叁掌握电位差计的测量原理和正确使用方法掌握电位差计的测量原理和正确使用方法肆 . .

肆分析测量结果和理论值的差异，并给出可能分析测量结果和理论值的差异，并给出可能的误差来源

的误差来源

(3)

I. I. 原电池测定时需要达到的几个基本条件原电池测定时需要达到的几个基本条件

电池反应是可逆的

不存在不可逆的液接界

（电位差对消法计）

（正负离子淌盐桥度接近）

可逆条件

0 I 

(4)

II. Zn-Cu 电池的工作原理

2

/ 2

ln 1

2 ( ) ln 1

2 ( )

Cu Cu

Zn Zn

RT

F a Cu RT

F a Zn

 



  

  

 

2

( )

Zn Cu

a Zn m

a Cu m













9

1 2

2 8

( 298)

2

( 298)

T

T T



^

 

^

     

2 2

2 2 2 2

( ( )) 2 ( ( )) 2

( ( )) ( ( ))

Zn Zn a Zn e

Cu a Cu e Cu

Zn Cu a Cu Zn a Zn Cu

  

   

 

 

  

负极正极

离子活度系数

离子活度系数 P P

₃₈₂₃₈₂

(5)

• UJ-25 型电位差计

• 标准电池（ 1964 ）

• 检流计（指零仪）

• 干电池组（ 3V ）

• 饱和甘汞电极

• 电极管（两根）

• Cu 、 Zn 、 Ag 、 Pt 电极

• 电极架

• 电镀装置

• 针筒

• 连接导线

• 恒电流仪

• 镀铜溶液

• 饱和硝酸亚汞（汞）

• 硫酸锌水溶液 (0.1 molL

^-1

)

• 硫酸铜水溶液 (0.1, 0.01 mol L

^-1

)

• 饱和 KCl 溶液

• 0.1 mol L

^-1

HCl

(6)

I. 电极制备

A. Ag/AgCl

A. Ag/AgCl 电极电极

*Ag/AgCl

*Ag/AgCl制备完成之后需要在含饱和制备完成之后需要在含饱和AgClAgCl和一定浓度的和一定浓度的KClKCl溶液中老化溶液中老化1-21-2天。因此这里制天。因此这里制备的主要目的是了解操作过程，并和饱和甘汞为参比时的精度做比较。

备的主要目的是了解操作过程，并和饱和甘汞为参比时的精度做比较。

**阳极氧化电流为阳极氧化电流为-0.6 -0.6 ～～ -0.8 mA (-0.8 mA (恒电流氧化恒电流氧化))

Ag Ag 丝：氨水内浸泡丝：氨水内浸泡

自来水和蒸自来水和蒸

馏水清洗馏水清洗

注意：饱和

AgClAgCl

的添加的添加

Ag丝

Pt 电极

10-15 min

(7)

-5.0 mA, 10 s

Ag/AgCl

Ag/AgCl 电极在大电流阳极氧化时的电极在大电流阳极氧化时的 SEM SEM 照片照片

（（ Left Left ）低倍形貌（）低倍形貌（ Right Right ）） 5000 5000 倍倍

(8)

-0.70 mA, 10 min

Ag/AgCl

Ag/AgCl 电极在小电流阳极氧化时的电极在小电流阳极氧化时的 SEM SEM 照片照片

（（ Left Left ）低倍形貌（）低倍形貌（ Right Right ）） 5000 5000 倍倍

(9)

I. I. 电极制备电极制备

B. Zn

B. Zn 电极

电极



ZnZn 电极制备的过程中本来需要汞齐化，而由于并非首次使用，已经经过多次汞齐化，所以

电极制备的过程中本来需要汞齐化，而由于并非首次使用，已经经过多次汞齐化，所以汞齐化步骤可以忽略。

汞齐化步骤可以忽略。



实验装置里的夹子换成了玻璃珠

Zn － Cu 电池构建示意图

(10)

I. I. 电极制备电极制备

C. Cu

C. Cu 电极

电极

  Cu Cu 电极制备的过程中为恒电流电电极制备的过程中为恒电流电镀：镀：

-10. 0 mA-10. 0 mA

，时间，时间

1h 1h

以上（一以上（一般为般为

3 h3 h

）。）。

  实验装置里的夹子换成了玻璃珠实验装置里的夹子换成了玻璃珠

(11)

II. II. 电池的测量电池的测量

A.

电池组合

1

4 2 2

1 4

1

2 2 4

1 4

1 1

4 4

4

(0.100 ) (

(0.1000 ) (

( (0.1000 )

(0.1000 ) (0.1000 )

(

Zn ZnSO mol L KCl Hg Cl Hg Zn ZnSO mol L KCl AgCl Ag Hg Hg Cl KCl CuSO mol L Cu

Ag AgCl KCl CuSO mol L Cu

Zn ZnSO mol L CuSO mol L Cu Cu CuSO



 

 

  

饱饱) 饱饱) 饱饱)

饱饱)

1 1

0.0100 mol L 

^

)  CuSO

4

(0.1000 mol L 

^

) Cu

(12)

II. II. 电池的测量电池的测量

B. B. 电动势测定－检流计电动势测定－检流计

注意：检流计里悬挂镜子的张丝很细，对张丝的保护是本实验的要点之一

(13)

II. II. 电池的测量电池的测量

B.

电动势测定－电位差计

电路中的电流限定在 0.0001A!

(14)

II. 电池的测量

B. 电动势测定－标准电池（ P269）

饱和式标准电池结构示意图负极

正极

2

2 4 4

( 2

2 2

( + 2

Cd Cd Hg Cd e Hg SO e Hg SO

Cd Cd Hg Hg SO CdSO Hg

 

 

  

  

  

齐）

性能指标饱和式不饱和式

可逆性好差

重现性好差

稳定性好差

温度系数高很小

测量精度高低

操作性较低方便

2 20

3 4 6

39.94( 20) 0.929( 20) 0.0090( 20) 0.0006( 20) ] 10

Et E t t

t t ^

   

    

－[

(15)

II. II. 电池的测量电池的测量

B.

电动势测定－连接和测量

* * 注意正负极注意正负极

* * 注意标准电池预设补偿旋钮后两位注意标准电池预设补偿旋钮后两位的设定的设定 ( ( 校正公式校正公式 P P

₁₉₈₁₉₈

) )

* * 先使标准电池一路为零，然后再测先使标准电池一路为零，然后再测未知电池未知电池

* * 注意未知电池的预设值注意未知电池的预设值 ( ( 计算计算 ) )

注意：粗检测时光标在一小格范围内

，才能用细检测按钮！

(16)

电极温度 /

^oC

电极电势 /V 温度系数 Ag AgClKCl( 饱

和 ) 25 0.1981 =-1.010

^-3

SCE( 饱和甘汞 ) 25 0.2415 =-7.6110

^-4

Cu

²⁺

/Cu 25 0.3419 =-1.610

^-5

Zn

²⁺

/Zn 25 -0.7627 =0.100

=0.62

 计算饱和甘汞在实验温度下的电极电势计算饱和甘汞在实验温度下的电极电势

 根据与饱和甘汞组成电池的测量值，分别计算根据与饱和甘汞组成电池的测量值，分别计算 Cu Cu 和和 Zn Zn 的的

 根据有关公式计算根据有关公式计算 Zn-Cu Zn-Cu 电池的理论电动势电池的理论电动势 E E

_理_理

，并与实验，并与实验值值 E E

_实_实

进行比较进行比较

, ,

298

T T

  

^ ^

9

1 2

2 8

( 298)

2

( 298)

T

T T



^

 

^

     

(17)

原电池电动势的测 原电池电动势的测 定及其应用 定及其应用