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实验 电动势法测定化学反应的热力学函数


一、实验目的
? 巩固电位差计测定原电池电动势的原理和方法,掌握电 动势法测定化学反应热力学函数变化值的有关原理和方 法。
? 根据可逆热力学体系的要求设计可逆电池,测定其在不 同温度下的电动势值,计算电池反应的热力学函数?G、 ?S及?H 。 ? 掌握锌电极的制备方法。

二、实验原理
1、 在恒温恒压可逆的条件下,原电池电化学反应吉布 斯自由能的减少等于体系所作的最大有用功。结合法拉第 定律,则有:
? ?E ? ? S ? ? nF ? ? ? G ? ? nFE ? ?T ? ? ?E ? ? H ? ? nFE ? nFT ? ? ? ?T ? p

温度系数

p

? n为电极反应中转移的电子数 所依据的电解实验得到。

? E为电池的电动势

? F为法拉第常数,96485.3383±0.0083C/mol ,由美国国家标准局

2、用对消法测定原电池电动势

二、实验原理
Z n (s )|Z n S O 4 ( a q ., 0 .1 0 0 0 m o l / L ) ? K C l ( a q ., s a t .), KCl

? a q .,s a t. ? | H g 2 C l 2 ( s )| H g ( l )

正极反应: H g 2 C l 2 ( s ) ? 2 e ? ? H g ( l ) ? 2 C l ?

负极反应: Z n ? 2 e
化学反应:

?

? Zn

2?
? 2?

H g 2 C l2 ( s ) ? Z n ? H g (l ) ? 2 C l ? Z n

电动势: E ? ? 甘 汞 ? ? Z n
? (? 甘 汞 ?
?

RT F

ln ?

Cl

?

) ? (?
?

?
Zn
2+

/Zn

?

RT 2F

ln ?

Zn

2?

)

? (? 甘 汞

?

??

Zn

2+

/Zn

)?

RT F

ln ? ln ? (

Cl

? 1

Zn

2?



2

三、仪器与试剂
仪器: 数字电位差计 超级恒温槽 接触温度计 甘汞电极 小烧杯 1台 1台 1支 1支 2支 试剂: KCl(S) KCl (饱和) H2SO4溶液 高纯锌片

四、实验步骤
1、锌电极的制备 ①将锌片剪成10 mm×40 mm的条形 ②除杂处理 砂纸磨光 → 3mol/LH2SO4浸洗 →自来水 冲洗 → 蒸馏水淋洗 → 置于溶液中待用

四、实验步骤
2、组合电池,并测定其电动势

? 用所制备的锌电极与饱和甘汞电极,组装成原电池。
? 接通恒温槽电源进行恒温,使其达到25 ℃。把被测电池 放入恒温槽中恒温约15 min,同时将原电池引出线连接 到数字式电位差计上,测定其电动势,连续测三次。 ? 调节恒温槽,令槽温升温5 ℃,重复上述测定,然后继续

再升温5℃并进行测定,共测5~6个温度点。
? 测定完毕后,将电极取出,并把其他仪器整理好,恢复 到实验前的状态。

五、实验记录及数据处理
1、将测得数据列成下表: 室温: ;气压计读数:
次序 t/℃ T/K E/V
(?E/ ?T)p/V?K-1 ?G/J?K-1?mol-1


? S/J?mol-1 ? H/J?mol-1

五、实验记录及数据处理
2、作E-T图,通过作曲线切线之斜率或回归为方程并 求导计算所测温度的(?E/ ?T)p 。利用公式(1)- (3),分别求出该电池反应的?G、 ?S及?H 。

3、将实验所得的电池反应的热力学函数变化值与文 献值进行比较,并对实验结果进行讨论。

六、提问与思考
1、用测电动势的方法求热力学函数有何优越性? 2、如何用所测定的电池电动势数据来求算电池反应的 热力学函数变化值?

3、本实验中的电池电动势与电池中氯化钾的浓度是否
有关?为什么?

文献值:
饱和溶液 (3.4mol/L)
0.2444 0.2000

KCl溶液浓度 25℃时甘汞电极电位 25℃时银-氯化银电极电位

0.1mol/L 0.3365 0.2880

1.0mol/L 0.2828 0.2223

知识拓展:可逆电池电动势的测定的应用
? 1、测定化学反应的平衡常数;
? 2、测定电池的标准电动势及标准电极电势; ? 3、测定电解质溶液的离子平均活度系数;

? 4、测定极化曲线;
? 5、难溶盐的活度积和弱酸的解离平衡常数; ? 6、获得溶液的pH值; ? 7、获得溶液中离子的迁移数; ? 8、用电动势测定方法研究化学反应动力学,

获得反应速率常数。


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