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物理化学实验技能竞赛:电池电动势测定的应用一、实验目的1掌握对消法测定电池电动势的原理和方法；2熟悉SDC-nA型数字电位差综合测试仪的使用方法；3掌握通过测定可逆电池电动势测定电解质的平均离子活度因子。二、实验原理将化学能转变成电能的装置称为原电池，简称电池。若这种能量的转换是以热力学可逆方式进行的，则称为可逆电池。此时电池两极间的电势差可达最大值，称为该电池的电动势E。可逆电池应满足如下条件：⑴电池在充放电时，电池反应必须可逆，亦电极、电池反应均可逆。⑵电池中不允许存在任何不可逆的液接界。⑶通过电池的电流应为无限小，保证电池的充、放电过程必须在平衡态下工作。可逆电池电动势的测量在物理化学研究中具有重要意义，应用也十分广泛。如测量标准电极电势、化学反应的平衡常数、电解质溶液的离子活度因子、难溶盐的活度积、溶液的pH值以及化学反应的某些热力学函数的改变量（厶rGm,■'■■;rSm，冷Hm）等。利用补偿法（即对消法）可以使电池在无电流通过（或电流无限小）时，测得两电极的电势差，即为电池的电动势。当原电池存在两种电解质界面时，便产生一种称为液体接界电势的电动势，使得电池不能满足可逆电池的条件，减少液体接界电势的办法常用盐桥。1对消法测量电动势的原理电位差计是按照对消法测量原理而设计的一种平衡式电学测量装置，能直接给出待测电池的电动势（以V 表示）。对消法是用一个方向相反、数值相等的外电势来抵消原电池的电动势，使连接两电极的导线上I）0,这时所测出的E就等于被测电池的电动势E。图1是对消法测量电池电动势原理图。图1对消法测量电池电动势的原理图Ew-工作电池；Ex-待测电池；En-标准电池；G-检流计;R-调节电阻；Rx-待测电池电动势补偿电阻；K-转换电键；Rn-标准电池电动势补偿电阻当换向开关K扳向“1”一方时，通过调节R使G中电流为零，此时产生的电位降V与标准电池的电动势En相抵消，也就是说大小相等而方向相反。校准后的工作电流I为某定值|0。当换向开关K扳向“2”一方时，在保证校准后的工作电流Io不变，即固定R的条件下,调节电阻Rx,使得G中电流为零。此时产生的电位降V与待测电池的电动势Ex相抵消。其公式为:Exrn如果知道了RX和En，就能求出未知电池电动势Ex。Rn2溶液pH值的测定可逆电池电动势等于电池两个电极电势之差:式中，E.、E_分别为正、负极的电极电势，可由电极的能斯特方程计算而得。对任意一个给定电极，其电极反应的通式为:氧化态+ze-t还原态式中，z为进行上述电极反应所需电子的物质的量。则电极电势的能斯特方程为:E=e^_RTm竺原态ZFa氧化态式中，E'J为该电极的标准电极电势。醌氢醌（Q.h2Q）电极是一种氢离子指示电极,主要用于溶液pH值的测定。Q«H2Q为醌（C6H4O2,以Q表示）与氢醌［c6h4oh2，以h2Q表示］等摩尔混合物，醌氢醌为深褐色固体粉末，微溶于水。被溶解部分能完全分解为等量的醌和氢醌。C6H4O2*C6H4OH2>C6H4O2C6H4OH2醌氢醌电极的电极反应为:C6H4O2+2H+2eC6H4OH2其电极电势为:Eq也qRT2FInaH2Q_2aH+aQ由于醌氢醌是醌和氢醌的等分子复合物,在水中溶解度很小，所以在溶液中醌和氢醌的浓度相等且很低，故可认为aH2Q=aQ，则:eq42Q=eqjh2qRTIn1aH+2.303RTpH通常将待测pH值的溶液用醌氢醌饱和后，再插入一辅助电极（一般为Pt电极）就构成了Q・H2Q电极。Q・H2Q电极与一个参比电极（一般为甘汞电极）相连构成如下电池:-)Hg(l)-Hg2CI2(s)饱和KCI溶液|待测pH溶液(H+),QH2QPt(s)(+其电池电动势为:将式（5）代入，则:pH-E~E_-EQ

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电池电动势测定的应用

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