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實驗四 電池的電動勢及單極電位的測定

實驗四 電池的電動勢及單極電位的測定. 組員 49712033 甘松融 49712038 高婉婷 49712041 鄭巧筠. 高婉婷：目的、原理 ( 前 ) 、簡報整合 甘松融：原理 ( 後 ) 、數據處理、補充 鄭巧筠：藥品、裝置、儀器、步驟. 組員分工. 電位計的測定原理與檢測方法 測定單極電池 測定電池中兩種電解質的電動勢 測定難溶鹵化鹽類的溶解度積 測定濃度電池的電位差. 目的. 基本電化學系統 鋅（ Zn ） - 銅（ Cu ）.

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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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Presentation Transcript

  1. 實驗四電池的電動勢及單極電位的測定 組員 49712033 甘松融 49712038 高婉婷 49712041 鄭巧筠

  2. 高婉婷：目的、原理(前)、簡報整合 甘松融：原理(後)、數據處理、補充 鄭巧筠：藥品、裝置、儀器、步驟 組員分工

  3. 電位計的測定原理與檢測方法 測定單極電池 測定電池中兩種電解質的電動勢 測定難溶鹵化鹽類的溶解度積 測定濃度電池的電位差 目的

  4. 基本電化學系統 鋅（Zn） -銅（Cu） 電極因得失電子難易不同，各有不等之電位，將兩電位不同之電極相接在一起，其間必產生電位差，此電位差能使電流自高電位之電及流向低電位電極，稱之為電動勢。

  5. 電路中任意兩點間電位差之測定，最常用之方法為兩點間並間連接一伏特計，讀出其電位差。電路中任意兩點間電位差之測定，最常用之方法為兩點間並間連接一伏特計，讀出其電位差。 使用伏特計來測量電壓 測出其電壓 測定電勢能

  6. 若電池電動勢為ε，內電阻為 r，流經其上的電流為 i，則電池的端電壓 V（電池正負極間的電位差）。 V = ε - ir

  7. 波更多夫補償法

  8. 標準電池 1可逆 2電壓有再現性 3溫度係數小

  9. 為測定單極電極須選用另一電極形成一對。 為方便測量，故使用標準氫電極並令其電位在任何溫度時為零。 改用第二參考電極 Ag/AgCl 1.單極電極的電位

  10. Cd | Cd²+(a = 1) ||Cu²+ (a=1)|Cu at 25℃ 鎘 負極：氧化 Cd(s)← →Cd²+ (a = 1) + 2e- ε=0.4030 伏特 銅 正極：還原 Cu²+ (a = 1) + 2e- ← → Cu (s) ε=0.3370 伏特 相加則得電池之emf εcell=εCd +εCu = +0.7400 2.電池的電位

  11. 由電動勢計算溶解度積 E＝E° - (0.025693/n) ln Q E＝E° - (0.05916/n) log Q

  12. 電能與自由能的關係

  13. 濃差電池 電解液有濃度梯度存在，會使同一性質之兩電極間產生電位差，較稀電解液中之金屬為陽極，相對較濃者為陰極，此稱之濃差電池(concentration cell) 心臟節律細胞就是一種濃差電池(鈉/鉀/鈣離子) E=RT/nF lna(C2)/a(C1) = 0.0591log f2c2/f1C1

  14. 活度係數&平均活度係數 活度（Activity）即某物質的「有效濃度」，或稱為物質的「有效莫耳分率」。 在溶液中，由於單個離子的活度係數無法從實驗得到，一般取電解質兩種離子活度係數的平均值，稱為「平均活度係數」。 ax=[X]γx 溶液越濃溫度越高，離子電荷越高，溶液偏離理想溶液的程度就越大，活度係數越小 氯化鈉溶液在不同溫度和不同濃度下的活度值。

  15. 儀器與裝置圖 電位計*1 Ag/AgCl參考電極*1 鹽橋U形玻璃管*4 金屬片(銀、鋅、銅)各1 溫度計*1 燒杯(50ml)*4 (250ml)*2 電導線*1 脫脂棉*1 砂紙*1 (-) A電極 | 溶質1(c1) || 溶質2 (c2) | B電極 (+)

  16. 藥品與配置

  17. 1.鹽橋製作 鹽橋的製作： 在1NKCl 中加入3％洋菜及3％明膠加熱溶解，趁溫熱將溶液加入均勻內徑為5mm的U型玻璃管，冰浴使其固化後，倒置不易流出時即可使用。必要時U形管兩端管口可塞加脫脂棉花防止流漏。 鹽橋的功用：形成通路與保持溶液的電中性

  18. 2. 單極電位的測定 (1) 鋅棒 (2) 銅棒 e- → Ag/AgCl參考電極 1N KCl • 1N ZnSO4溶液 • 1N CuSO4溶液 飽和 NH4NO3溶液 ※測定溶液(1)與(2)的溫度及其單極電位

  19. 3.電池中兩種電解質電動勢的測定 e- → 鋅棒 銅棒 1N KCl 1N ZnSO4溶液 1N CuSO4溶液 ※測定溶液的溫度及此丹尼耳(Daniel)電池之電位差

  20. 4.溶解度積的測定 e- → 銀棒 銀棒 1N KCl • 飽和AgCl 溶液 • 飽和AgBr 溶液 • 飽和AgI 溶液 0.1N AgNO3 溶液 ※測定溶液(1)-(3)的溫度及其電池的電位差，並計算其溶解度積 Ag | AgCl(sat.) | KCl(1N) | AgNO3 (0.1N) | Ag

  21. 5.濃差電池電位差的測定 e- → 銀棒 銀棒 飽和 NH4NO3 • 0.1N AgNO3溶液 • 0.01N AgNO3溶液 • 0.01N AgNO3溶液 • 1N AgNO3 溶液 • 1N AgNO3 溶液 • 0.1N AgNO3 溶液 ※測定溶液(1)-(3)的溫度及其電池的電位差 Ag | AgCl(dilu.) | NH4NO3(sat.) | AgNO3 (conc.) | Ag

  22. 數據處理 1.由1N ZnSO4 、1N CuSO4參考電極的電位，分別計算鋅極與銅極的電位，並與理論值比較，求實驗差 ※參考電極為Ag/AgCl 故須考慮電位差 2.由測定所得到丹尼耳電池的電位,和計算值比較 ※鋅銅電池，有時也根據其發明者的名字約翰·弗雷德里克·丹尼耳而稱為丹尼耳電池

  23. 標準還原電位參考表

  24. 附錄1.化學平衡與自由能 §∆G ＝ ∆H – T∆S ∴∆G ＝∆U + ∆ (PV) – T∆S(S=qrev/T 又 ∆wrev= 0，反應系統體積固定 ∆V = 0)∆G ＝ T∆S + 0 + ∆ (PV) – T∆S = V∆P 對一個可逆反應a A + b Bc C + d D∆G = ( c GC + d GD ) – ( a GA + b GB )= [(cGC0 + cRT ln PC) + (dGD0 + dRT ln PD)] – [(aGA0 + aRT ln PA) + (bGB0 + bRT ln PB)]

  25. 附錄2.(Maximum non-expansion work)

  26. 附錄3.(平均活度係數)

  27. 參考資料─網路 http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=20018再論化學平衡(Chemical Equilibrium)與吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)台北縣立三民高級中學化學科林秀蓁老師/國立台灣大學陳藹然博士責任編輯 Atkins - Physical Chemistry 8e 維基百科 http://wikipedia.tw/ 漫談電化學 www.nsc.gov.tw/files/popsc/2003_138/05-​Q.pdf 電池與電解 http://home.lsjh.tp.edu.tw/jjpong/podcast/elec_chem.pdf

  28. 參考資料─書籍 • 電化學實驗：賴耿陽 復漢出版 • 物理化學實驗：李敏達 三民書局

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