材料物化实验讲义2new-2012

对锌-铜电池而言，

（11.7） （11.8）

式中

是当a(Zn2+)= a(Cu2+)=1时，铜电极和锌电极的标准电极电势。

对于单个离子，其活度是无法测定的，但强电解质的活度与物质的平均质量摩尔浓度和平均活度系数之间有以下关系： ，

（11.9） （11.10）

是离子的平均离子活度系数。其数值大小与物质浓度、离子的种类、实验温度等因素有关。数值可参见相关物理化学手册。

在电化学中，电极电势的绝对值至今无法测定，在实际测量中是以某一电极的电极电势作为零标准，然后将其他的电极(被研究电极)与它组成电池，测量其间的电动势，则该电动势即为该被测电极的电动势。被测电极在电池中的正、负极性，可由它与零标准电极两者的还原电势比较而确定。通常将氢电极在氢气压力为101325Pa，溶液中氢离子活度为1时的电极电势规定为零伏，称为标准氢电极，然后与其他被测电极进行比较。 由于使用标准氢电极不方便，在实际测定时往往采用第二级的标准电极。甘汞电极(SCE)是其中最常用的一种。这些电极与标准氢电极比较而得到的电势已精确测出，参见相关物理化学手册。

以上所讨论的电池是在电池总反应中发生了化学变化，因而被称为化学电池。还有一类电池叫做浓差电池，这种电池在净作用过程中，仅仅是一种物质从高浓度(或高压力)状态向低浓度(或低压力)状态转移，从而产生电动势，而这种电池的标准电动势伏。

等于零

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例如电池：Cu∣CuS04 (0.01mol／L)‖CuS04(0.01mol／L)l∣Cu 就是浓差电池的一种。

电池电动势的测量工作必须在电池处于可逆条件下进行，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，以满足测量工作的要求。必须指出，电极电势的大小，不仅与电极种类、溶液浓度有关，而且与温度有关。在附录五中列出的数据，是在298 K时，以水为溶剂的各种电极的标准电极电势。本实验是在实验温度下测得的电极电势，由(11.7)式和(11.8)式计算采用下式求出298K时的标准电极电势

：

式中α、β为电池电极的温度系数。对Zn-Cu电池来说： 铜电极(Cu2+／Cu)，α=-0.000016 V·K-1，β=0

锌电极[Zn2+／Zn(Hg)]，α=-0.0001 V·K-1，β=0.000 1 V·K-2

。为了方便起见，可

Ⅳ、实验步骤

一、电极制备 1、锌电极

用砂纸轻轻打磨锌电极表面上氧化层，再用稀硫酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入ZnSO4(0.100moldm-3)溶液。

2、铜电极

用砂纸轻轻打磨铜电极表面上氧化层，再用稀硝酸浸洗，然后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗后放入玻璃电极管，管内加入CuSO4(0.100moldm-3)溶液。

3、电池的组合及其电动势的测量（重复测量3次，取平均） 3-1、 Zn│ZnS04(0.1000M)‖CuS04(0.100M)│Cu 3-2、 Zn│ZnS04(0.1000M)‖KCl(饱和)│Hg2Cl2│Hg

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3-3、 Hg│Hg2Cl2│KCl(饱和)‖CuS04(0.1000M)│Cu

图11.2 电池装置示意图

Ⅴ、数据记录和数据处理

电池3-1 电池3-2 电池3-3 实测电动势（V） 电动势平均值（V） 据P69-70

1、SCE的电极电势：25℃时 φ＝0.2412V，30℃时φ＝0.2378V，40℃时φ＝0.2307 V。 2、计算铜电极和锌电极的电极电势。

3、ZnSO4(0.100moldm-3)和CuSO4(0.100 moldm-3)的平均活度系数γa，计算实验温度下铜电极和锌电极的标准电极电势。

4、计算298K时铜电极和锌电极的标准电极电势，并计算测量误差。 电极电势TK标准电298K标准298K标准电误差 (V) 极电势(V) 电极电势极电势(V) (V) 文献值 ±

都为0.15，计算活度

铜电极 锌电极

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Ⅵ、思考问题

1、电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用?如何保护及正确使用? 2、参比电极应具备什么条件?它有什么功用? 3、若电池的极性接反了有什么后果?

4、盐桥有什么作用?选用作盐桥的物质应有什么原则?

ⅥI 注意事项：

1. 甘汞电极使用时应将上面的塞子拔开。 2. 注意甘汞电极的保护和轻放。

3. 实验结束，将电压测定仪正负接线夹短路，关闭电源。

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