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大学物理化学实验报告-化学电池温度系数的测定课件.doc

物理化学实验报告
院系化学化工学院
班级化学061
学号13
姓名沈建明
实验名称 化学电池温度系数的测定 日期 2009.4.20 同组者姓名 史黄亮 室温 19.60 ℃ 气压 102.0 kPa 成绩
一、目的和要求
1、掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作技术;
2、学会几种电极和盐桥的制备方法;
3、通过原电池电动势的测定求算有关 热力学函数。

二、基本原理
(一)、凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池对定温定压下的可 逆电池而言 :
r m (1) nFE
T , p
G
E
S
nF (2)
r m T p
E
H
nE F nF T
(3)
r m
T p
式中,F 为法拉弟(Farady)常数;n 为电极反应式中电子的计量系数 ;E 为电池
的电动势。

另,
可逆电池应满足如下条件:
1.电池反应可逆,亦即电池电极反应可逆。

2.电池中不允许存在任何不可逆的液接界。

即充放电过程必须在平衡态下进行,3.电池必须在可逆的情况下
工作,
因此在制备可逆电池、 测定可逆电池的电动势时应符合上述条件,
不高的测量中,常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成 “盐桥 ”来消除液接电 位。

用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。

(二)、求电池反应的 Δ r G m 、Δr S m 、Δr H m 设计电池如下 :
Ag(s) | AgCl(s) |饱和 KCl | Hg 2Cl 2(s) | Hg(l) 分别
测定电池在各个温度下的电动势,作 E — T 图,从曲线斜率可求得任一温度
下的
E
T
p
利用公式 (1),(2),(3) 即可求得该电池反应的 Δ r G m 、Δr S m 、Δr H m
三、仪器、试剂
SDC — Ⅱ数字电位差综合测试仪 1 台
精密稳压电源(或蓄电池) SC — 15A 超级恒温槽 铜电极 2 只 铂电极
1 只 饱和甘汞电极 1 只 恒温夹套烧杯
2 只 HCl ( 0.1000mol k ·g-1)
AgNO3 ( 0.1000mol k ·g-1) 镀银溶液 镀铜溶液
四、实验步骤
一、电极的制备 1.银电极的制备
将欲用的两只 Pt 电极(一个电极 Pt 较短,作为阳极, 另一个电极作为阴极, 用于镀银) 浸入稀硝酸溶液片刻, 取出用蒸馏水洗净。

将洗净的电极分别插入盛 有镀银液( AgNO 3 3g ,浓氨水, KI 60g )中,控制电流为 0.3mA ,电镀 1h ,得 白色紧密的镀银电极一只。

2. Ag-AgCl 电极制备
在精确度 KCl 饱和溶液
将上面制成的一支银电极用蒸馏水洗净,作为正极,以 Pt 电极作负极,在 约 1mol ·dm
-3
的 HCl 溶液中电镀。

控制电流为 2mA 左右, 30min 后,可得
呈紫 褐色的 Ag-AgCl 电极。

(可以观察到阴极有小气泡出现 ) 二、电极组合与电动势测量
1、将制备得到的 Ag-AgCl 电极与 Hg-Hg 2Cl 2 电极组成电池:
Ag | AgCl |KCl ( 饱和)|Hg 2Cl 2|Hg
3、分别测定不同温度下的电动势
六、数据处理
-5
× 10 x-0.0036) 可得到歌温度下的温度系数
290
295
300
305
310
315
320 T/K
-6 根据曲线的方程 (y=6 ×10 2 x -0.0036x+0.5798) 可求出 18℃、25℃、35℃下的
E
2、 接好测量电路
五、原始数据
室温 :19.6 温度 / ℃
电动势 E/V 平均值 E/V
19.6
0.03924 0.03931 0.0391
1
24.6
29.6 0.03820 0.03870
0.03825 0.03868 34.6 0.03890 0.03906 39.6 0.03905 0.03916 44.6
0.03991 0.04003
0.03829 0.03867 0.03884 0.03926 0.04011 0.03825 0.03868 0.03893 0.03916 0.04002
0.040
0.040 0.040 0.040 0.039 0.039 0.039 0.039 0.039 0.038 0.038 0.038 值,并由曲线的斜率 (k=1.2 室
压:102.0kPa
计算如下:
18℃时( x=291.15K )
-6 2
E=6× 10 ×219.15 -0.0036
× 219.15+0.5798 = 0.04027 V
-4
=k= -1.06 × 10
p
25℃时( x=298.15K ) :
-4
=K= -2.22 × 10
p
35℃时( x=308.15K ) :
-5
= k=9.78 × 10 p
18℃时( T=291.15K ):
r m = -1 × 96500 × 0.04027 = -3886.05 J/mol T ,
p
nFE
G
E -4
S nF
=1×96500×( -1.06 ×10
) = -10.25 J/mol
r m T p
-6 2
E=6× 10
×
298.15
-0.0036 × 298.15+0.5798 = 0.03982 V
-6 2
E=6× 10
×
308.15
-0.0036
308.15+0.5798 = 0.04020 V
2. 计算 18℃、25℃、35℃下的 Δr G m 、 Δ r S m 、
Δ r H m nE F
nF T
= -3886.05+(-10.2)
× 291.15 = -6869.84 J/mol
p
F
25℃时( T=298.15K ):
= -1 × 96500 × 0.03982 = -3842.68 J/mol
nFE
-4
96500×( -1.06 ×10 ) = -2.14 J/mol
35℃时( T=308.15K ):
= -1 × 96500 × 0.04020 = -3879.16 J/mol
nE F
nF T
-3886.05+(-10.2) × 291.15 -4481.41 J/mol
nF
=1
p
1、本实验中,如果采用 0.1 或 3
的 KCl 溶液,对电池电动势测量是否
2.0mol/dm
有影响?为什么?
3
答:本实验中,如果采用
0.1 或
2.0mol/dm
的 KCl 溶液,对电池电动势测量
没有影响。

本实 验所采用 的电极为 将制备得 到
的 Ag-AgCl 电 极 与 Hg-Hg 2Cl 2 电极组成电池: Ag |AgCl |KCl
( 饱和) | Hg 2Cl 2| Hg ,它的电极
反应为: Ag+
1 Hg 2Cl 2→AgCl+Hg ,可见该反应与 KCl 的浓度 无关。

2Cl 2→ AgCl+Hg ,可见该反应与 KCl 的浓度无 关。

2
2、如何用测得的电动势数据来计算电池反应的平衡常数?
答:可以通过公式 △ rGm= nFE 计算,只要电动势 E 已知,便可 求
r m nF
E r S m T p
nE F
m H
-4
=1×96500×( -1.06 ×10
) = 9.44 J/mol
nF T
= -3886.05+(-10.2) × 291.15 = -970.93 J/mol
p
七、 思考题
RTln K
θ
平衡常数θ
温度系数的测定
* 2- 0.0036x + 0.5798
y = 6E-06x
R 2 = 0.8572
2 = 0.8572。

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