一、目的要求
1．学会铜电极、锌电极的制备和处理方法。
2．掌握电位差计的测量原理和测定电动势的方法。
3．理解原电池和电极电势的概念。
二、实验原理
对消法测定电动势就是在所研究的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)|Cu
Zn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
SDC-数字电位差测试仪 1套 恒流电源 1台
标准电池 1只 电极管 3只
饱和甘汞电极 1只 甲电池（1.5V） 2节
Zn，Cu电极片 （各1个） 饱和KCl溶液
ZnSO4（0.1mol.L-1）溶液 ZnSO4（0.01mol.L-1）溶液
CuSO4（0.1mol.L-1）溶液 CuSO4（0.01mol.L-1）溶液
饱和Hg2(NO3)2溶液
1． 电极制备
⑴ 锌电极 先用约3 mol.L-1的稀硫酸除去用作锌电极的锌片表面上的氧化物，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗。把处理好的电极浸入饱和硝酸亚汞溶液3～5s，取出后用滤纸轻轻擦拭电极，使锌电极表面上有一层均匀的汞齐。再用蒸馏水洗净（硝酸亚汞有剧毒，用过的滤纸不要随便乱扔，应投入指定的有盖广口瓶内，以便统一处理）。把汞齐化的锌电极插入清洁的电极管（见图Ⅲ-13-1）内并塞紧，将电极管的虹吸管口浸入所需浓度的硫酸锌溶液中，用针筒或洗耳球自支管抽气，将溶液吸入电极管直到较虹吸管略高一点时，停止抽气，旋紧螺旋夹。装好的虹吸管电极（包括管口）不能有气泡，不能有漏液现象。汞齐化的目的时使锌电极片表面均匀，以便得到重现性较好的电极电位。
⑵ 铜电极 先用约4mol.L-1的硝酸浸洗用做铜电极的铜片，去掉表面的氧化物膜。然后取出用水洗涤，再用蒸馏水淋洗。以此电极片作阴极，另取一纯铜片作阳极，接稳流电源。电镀液配置为，1000ml水中溶解15g CuSO4·5H2O，5g 浓H2SO4和5g C2H5OH。控制电流密度25 mA/cm2 左右，电镀时间约15min。电镀后应使铜电极表面有一新鲜的、紧密的铜镀层，镀完后取出，用蒸馏水淋洗再用滤纸吸干，插入电极管，按上法吸入所需浓度的CuSO4
溶液，制成铜电极。
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． 饱和溶液为盐桥，按图Ⅲ-13-2所示分别将下列4组电池接入电位差测试仪的测量端，测量其电动势。数字电位差计操作步骤见电化学测量与控制一节。
（1）Zn|ZnSO4（0.1mol.L-1）||CuSO4(0.1 mol.L-1)|Cu
（2）Zn|ZnSO4（0.1 mol.L-1）||HCl（饱和）|Hg2Cl2, Hg
（3）Hg Hg2Cl2| KCl（饱和）||CuSO4(0.1 mol.L-1)|Cu
（4）Cu|CuSO4(0.01 mol.L-1) || CuSO4(0.1 mol.L-1)|Cu
（a） (b)
图Ⅲ-13-2 电池组装示意图
五、实验记录和数据处理
1．将实验温度及5个电池电动势的测定值填入下表：
实验温度： 大气压：
电池 | 电动势/V (实验值) | 电动势/V (理论值) |
1 | | |
2 | | |
3 | | |
4 | | |
| | |
2．根据饱和甘汞电极的电极电位与温度关系式
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。
3．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) ，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、为电极的温度系数。对电池来说：
铜电极（Cu2+/Cu）, α= -0.016×10-3V·K-1 , β= 0
锌电极 [Zn2+/Zn(Hg)] , α= -0.100×10-3V·K-1 , β= 0.62×10-6V·K-1
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 mol.l-1和0.01mol.l-1CuSO4 溶液中铜离子的平均活度系数为0.15和 0.41；0.1 mol.l-1ZnSO4溶液中锌离子的平均活度系数为0.15。
六、思考题
1．为什么不能用伏特计测量电池电动势？
2．对消法测量电池电动势的主要原理是什么？
七、问题讨论
1．若选用UJ-25电位差计，需要配置直流复射式检流计。
2．若无电极管，可用若干个小烧杯代替，可用U型玻璃管内装琼脂固定饱和KCl溶液作盐桥。
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