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實驗四 電池的電動勢 　　　　及單極電位的測定

組員： 49912052 　劉哲皓　實驗原理 49954023 　包致瑋 儀器、藥品、步驟　. 實驗四 電池的電動勢 　　　　及單極電位的測定. 熟悉電位計的測定原理與檢驗方法 測定單極電池 測定電池中二種電解質的電動勢 測定難溶鹵化鹽類的溶解度積 測定濃差電池的電位差. 實驗目的. 電位 (potential) ：用來描述電極得失電子的難易度 ( 電流會由電位高處流到電位低處 ） 電位差 ( potencial difference) : 是衡量單位電荷在靜電場中 由於 電位 不同 所產生的 能量 差的 物理量

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實驗四 電池的電動勢 　　　　及單極電位的測定

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  1. 組員：49912052　劉哲皓　實驗原理 49954023 　包致瑋 儀器、藥品、步驟　 實驗四 電池的電動勢　　　　及單極電位的測定

  2. 熟悉電位計的測定原理與檢驗方法 測定單極電池 測定電池中二種電解質的電動勢 測定難溶鹵化鹽類的溶解度積 測定濃差電池的電位差 實驗目的

  3. 電位(potential)：用來描述電極得失電子的難易度(電流會由電位高處流到電位低處）電位(potential)：用來描述電極得失電子的難易度(電流會由電位高處流到電位低處） 電位差(potencial difference):是衡量單位電荷在靜電場中由於電位不同所產生的能量差的物理量 電動勢(electromotive force):藉由檢流計我們能觀察到，將兩個電位不同的電極串聯再一起，由於電位的差異會產生電流，而我們稱這兩電極間的電位差為電動勢(electromotive force = emf) 認識名詞

  4. 最簡單的方法為直接 以伏特計測量(並聯) 優點:簡易且方便 缺點:因為電池內存在 內電阻，若直接測量則並非電池的電動勢 測量電動勢的方法(一)

  5. 用電位計測定emf並採用波更多夫補償原理(Poggendroff compensation principle)如右圖所示 當電阻兩端電位差=電池電位 檢流計有電流流過 故只要調整C的位置改變電阻至AC上電位差=未知電池電壓 即可由公式求得 ： 測量電動勢方法(二)

  6. 可變電阻絲必須均勻 需注意事項

  7. 測量電動勢方法(三)

  8. 雙級雙投開關

  9. 1.單極電極的電位 2.電池的電位 3.由電動勢計算溶解度積 4.濃度差電池 實驗原理

  10. 兩單位電極的電位差即是emf 用已知電位標準電極作為待測單極電極的參考(1)標準氫電極(Standard Hydrogen Electrode) 在任何溫度下 ɛ0 = ± 0.0000(V)但在備製和使用上不方便改使用第二參考電極(2) 第二參考電極(Secondary Reference Electrode) 本次使用 Ag/AgCl 標準電極 ɛ0 = –0.2225(V) 1.單極電極的電位

  11. 已知單電極反應及電位，可求得電池emf及其反應已知單電極反應及電位，可求得電池emf及其反應 Cd︱Cd2+ (a=1)∥Cu2+ (a=1)︱Cu 負極(Cd)：氧化反應 Cd(s) →Cd2+ (a=1) + 2e-ɛ25℃ = 0.4030(V) 正極(Cu)：還原反應 Cu2+ (a=1) + 2e-→Cu(s)ɛ25℃ =0.3370(V) 2.電池的電位

  12. 兩單電極反應相加得電池反應 Cd(s) + Cu2+ (a=1) Cd2+ (a=1) + Cu(s) ɛcell= ɛCd+ ɛCu = 0.4030 + 0.3370 = + 0.7400 (V) 電池emf為正值→自然反應→電極正確 電池emf為負值→非自然反應→電極錯誤

  13. 3.由電動勢計算溶解度積 R=8.314JK-1mol-1 F=法拉第常數 (96500C/mol) n=參與電子數 T=絕對溫度 a=活度(activity)

  14. Ag / AgCl (sat.)‖AgNO3 (0.1N)∣Ag 陽極：Ag → Ag+ (C1) + e- 陰極：Ag+ (0.1N) + e- →Ag 電池總反應： Ag+ (0.1N) → Ag+ (C1) 由測得電動勢求出AgCl飽和溶液之Ag+濃度C1， 進而求得AgCl之KspKsp = [Ag+] [Cl–]

  15. 伏打電池中，若兩極的電極種類及溶液種類均相同，僅是兩極的溶液濃度不同，兩極間就有電位差，稱為濃差電池伏打電池中，若兩極的電極種類及溶液種類均相同，僅是兩極的溶液濃度不同，兩極間就有電位差，稱為濃差電池 濃差電池的電極為電解液正離子的金屬片，濃度大的一端電位較高，電池電壓與兩杯溶液濃度比值的log值成正比(式(2)) 4.濃度差電池(concentration cell)

  16. 活度（Activity）即某物質的「有效濃度」，或稱為物質的「有效莫爾分率」。活度（Activity）即某物質的「有效濃度」，或稱為物質的「有效莫爾分率」。 將理想混合物中組分i的化學勢表示式中的莫爾分率（xi）替換為活度（ai），便可得到真實混合物中組分i的化學勢 活度係數（或稱「活度因子」）則按下式定義，相當於真實混合物中 i偏離理想情況的程度： 理想情況下xi與ai相等。

  17. 平均活度係數(f):由於單個離子的活度係數無法從實驗得到，一般取電解質 中兩種離子活度係數的平均值，稱為平均活度係數

  18. 儀器裝置圖(Instrument) • 電位計　　　　　　　 １ • Ag/AgCl參考電極　　　 １ • 鹽橋U型玻璃管　 　 １ • 金屬片(鋁、鋅、銅)１ • 溫度計　　　　　　　 １ • 燒杯(50ml) ４ • (250ml) ２ • 電導線　　　　　　 １ • 脫脂棉　　　　　　 １ • 砂紙　　　　　　　 １

  19. 藥品

  20. 鹽橋製作 單極電位的測定 電池中兩種電解質電動勢的測定 溶解度積的測定 濃差電池電位差的測定 Procedure

  21. 將3%洋菜及3%明膠在1NKCl加熱溶解,趁其溫熱時將之加入內徑為5mm的U型玻璃管,冰浴固化後,倒置不易流出即可將3%洋菜及3%明膠在1NKCl加熱溶解,趁其溫熱時將之加入內徑為5mm的U型玻璃管,冰浴固化後,倒置不易流出即可 鹽橋製作

  22. 單電極電位測定 • 以溫度計測溫度 1N KCl I.1N ZnSO4 30ml II.1NCuSO4 30ml 飽和NH4NO3 30ml I. Zn| ZnSO4(1N)| KCl (1N) | NH4NO3 | Ag/AgCl II.Cu| CuSO4(1N)| KCl (1N) |NH4NO3| Ag/AgCl

  23. Zn(S)→Zn2++2e-Ɛ0=+0.7618 AgCl-(S)+e-→Ag(S)+Cl-Ɛ0=+0.2225 Zn(S)+2 AgCl-(S)→Zn2++2 Ag(S)+2Cl- ΔƐ(理論)=0.7618+0.2225=0.9843(V) ΔƐ(實驗)=實驗值-0.2225 討論誤差 計算Zn & Cu之 Ɛ

  24. 電池中兩種電解質電動勢測定 • 測1.溫度 2.丹尼耳電位差 1NCuSO4 30ml 1N ZnSO4 30ml Zn| ZnSO4(1N)| KCl (1N) | CuSO4(1N)| Cu

  25. Zn(S)→Zn2++2e-Ɛ0=+0.7618 Cu2++e-→Cu(S)Ɛ0=+0.337 Zn(S)+ Cu2+→→Zn2++ Cu(S) ΔƐ(理論)=0.7618+0.337=1.0988(V) ΔƐ(實驗)=實驗值-0.337 與理論值做比較 丹尼耳電池電位計算

  26. 溶解度積的測定 • (1)AgCl(sat.) • (2)AgBr(sat.) • (3)AgI(sat.) • 30ml 0.1N • AgNO3 Ag|AgNO3(0.1N)|KCl (1N)|AgX(sat.)|Ag

  27. 計算溶解度積 計算AgBr & AgI

  28. 測定溫度與電位差(三組) 1N vs. 0.1N 1N vs. 0.01N 0.1N vs. 0.01N ※鹽橋為飽和NH4NO3 電極皆為Ag 濃差電池電位差的測定

  29. 計算濃差電池電位 • 硝酸銀的平均活度係數表(25℃)

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