实验八电动势的测定.docx

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实验八电动势的测定

实验八原电池电动的测定

实验八   电动势的测定

一．实验目的:

1.掌握电位差计的测量原理和测定电池电动势的方法。

2.了解可逆电池、可逆电极、盐桥等概念。

二．实验原理：

电池的书写习惯是左方为负极，右方为正极。

负极进行氧化反应，正极进行还原反应。

如果电池反应是自发的，则电池电动势为正。

符号“|”表示两相界面，“||”表示盐桥。

例如用电动势法求AgCl的Ksp。

则需设计成如下电池：

－Ag（固）|AgCl（固）|KCl（0.1mol.L-1）||AgNO3（0.01mol.L-1）|Ag（固）＋

电池的电极反应为

负极   Ag＋Cl-（0.1mol.L-1）→AgCl+e     E左=E0左-RT/F×ln1/aCl-

正极   Ag+（0.01mol.L-1）+e→AgCl       E右=E0右-RT/Fln1/aAg+

电池反应  Ag+（0.01mol.L-1）+Cl-（0.1mol.L-1）→AgCl   

E=E0-RT/F*ln1/aAg+.aCl-

因为  △G0＝-nEF=-RTln1/Ksp，

 所以 lgKsp=lgaAg++lgaCl-—EF/2.303RT，

只要测得该电池的电动势，就可通过上式求得AgCl的Ksp。

又如：

通过电动势的测定，求未知溶液的pH，可设计如下电池：

－Hg（液）|Hg2Cl2（固）|KCl（饱和）||饱和醌氢醌的未知pH溶液|Pt+

正极反应   C6H4O2+2H++2e→C6H4（0H）2

电极电势：

 E右=E0醌氢醌-RT/2Flna氢醌/a醌.a2H+=E0醌氢醌-2.30RT/F*pH

因为     E=E右-E左＝E0醌氢醌-2.30RT/F*pH-E甘汞

所以  pH=（E0醌氢醌-E-E甘汞）/（2.303RT/F）

只要测得电动势，就可通过上式求得未知溶液的pH值。

三．电池组成图：

四．仪器及试剂

仪器：

EM-3C型数字电位差计，甘汞电极，氯化银电极，铂电极，银电极，标准电池，50mL烧杯5个；10mL移液管2支；洗瓶1个。

试剂：

饱和KNO3盐桥；0.01mol.L-1AgNO3；0.1mol.L-1KCl；饱和KCl溶液；氢醌固体粉末；0.2mol.L-1HOAc；0.2mol.L-1NaOAc；未知溶液。

五．实验步骤：

本实验测定下列电池的电动势：

（1）-Hg（液）|Hg2Cl2（固）|KCl（饱和）||AgNO3（0.01mol.L-1）|Ag（固）＋

（2）－Ag（固）|AgCl（固）|KCl（0.01mol.L-1）||AgNO3（0.01mol.L-1）|Ag（固）＋

（3）－Hg（液）|Hg2Cl2（固）|KCl（饱和）||H＋（0.1mol.L-1HOAc＋0.1mol.L-1NaAcO）Q.QH2|Pt+

（4）－Hg（液）|Hg2Cl2（固）|KCl（饱和）||未知样品Q.QH2|Pt+

1. 按室温计算各电池电动势值。

（注：

预习时算好）

2. 插上数字电位差计的电源插座，打开电源开关预热5分钟。

将右侧功能选择开关置于测量档。

3. 测定实验时的室温，计算该温度下的标准电池电动势值，计算公式如下：

Et=[1.0186-4.06×10-5（t℃－20）-9.5×10-7（t℃－20）2]V，t—实验温度，℃，。

4. 分别用红（“＋”极）、黑（“－”极）测量线的一端插入数字电位差计的外标线路相对应的“＋”极与“-”极，其另一端与标准电池的“＋”极与“-”极相连接，将数字电位差计“功能选择”开关打到“外标”，依次调节电位器开关“X1000mV、X100mV、X10mV、X1mV、X0.1mV到Et值，旋转X0.01mV电位器，使电动势指示的值与Et完全相符，且平衡指示为0.0000止，若不为零，则按校准开关。

5. 测量：

将测量电池的正、负电极分别与数字电位差计的测量线路“＋”极、“－”极连接，将面板右侧的“功能选择”开关拨至“测量”位置，依次调节电位器开关“X1000mV、X100mV、X10mV、X1mV、X0.1mV到理论计算值，旋转X0.01mV电位器，使平衡指示为0.0000止，读出电动势指示值，即为所测电池的电动势。

6. 将甘汞电极插入装有饱和KCl溶液的盐桥中；另取一个干净的100ml烧杯用数毫升0.01mol.L-1AgNO3溶液连同银电极一起淌洗，然后装0.01mol.L-1AgNO3溶液20毫升，插入银电极，用KNO3盐桥与甘汞电极连接构成电池，电池与数字电位差计相连接，注意电极的极性。

按步骤“5”进行测量，记下测量值。

按下数字电位差计的黄色断开按钮，再进行重复测量，取两次测量的平均值。

测定完毕，电池

（1）的溶液不要倒掉。

7. 用浸在0.1mol.L-1KCl溶液中的AgCl电极代替甘汞电极作参考电极，用它与Ag电极连成电池

（2），再按上法测其电动势。

8. 用移液管移取10ml0.2mol.L-1HOAc及10ml0.2mol.L-1NaOAc溶液于洗净的小烧杯中，再于其中加入少量醌氢醌粉末，摇动使之溶解，但仍保持溶液中含少量固体。

然后插入铂电极，负极用步骤“6”的甘汞电极和盐桥，连接构成电池（3），测其电动势。

最后按相同的方法，测未知溶液的PH值。

9. 测定完毕后，保留饱和KCl溶液及AgCl电极的溶液，将AgCl电极浸入0.1mol.L-1KCl溶液的广口瓶中保存。

倒去硝酸银及醋酸溶液。

洗净广口瓶，装入蒸馏水，将Pt电极和Ag电极插入其中，盐桥两端淋洗后，浸入硝酸钾溶液中保存，甘汞电极清洗后套上电极保护套，装入电极盒内。

10. 实验完毕，清洗仪器，电位器复零，关闭电源开关，拔下电源插座，整理好电源连接线和标准电池，合上数字电位差计仪器盖，整理实验室。

六．注意事项

1．数字电位差计要预热15min。

2．盐桥使用时要注意不要污染，认准一端装氯化物，用后要及时清洗，并在饱和硝酸钾溶液中保存。

3．硝酸银溶液用后要回收到指定的容器中。

4．电池电动势测定时不要长时间通电，当稳定后马上读数，然后按下断开开关。

七．数据处理

1．计算室温下1，2，3号电池的电动势及缓冲溶液PH值。

 表8－1                                                                                      室温       ℃， Et=       V

    测定值

编号

1（V）

2（V）

平均值（V）

理论值（V）

误差

1

2

3

4

2．利用电池2的测定结果计算氯化银的溶度积。

3．计算未知溶液PH值。

4．计算测定值与理论值之间的误差，讨论其误差来源。

黏度法测定高聚物摩尔质量

一、实验目的

1、掌握用乌氏（Ubbelohde）黏度计测定高聚物溶液黏度的原理和方法

2、测定高聚物聚乙烯醇的黏均摩尔质量

二、实验原理

   单体分子经加聚或缩聚过程便可合成高聚物。

并非高聚物每个分子的大小都相同，即聚合度不一定相同，所以高聚物的摩尔质量是一个统计平均值。

对于聚合和解聚过程的机理和动力学的研究，以及为了改良和控制高聚物产品的性能，高聚物摩尔质量是必须掌握的重要数据之一。

   高聚物溶液的特点是黏度特别大，原因在于其分子链长度远大于溶剂分子，加剂化作用，使其在流动时受到较大的内摩擦阻力。

黏性液体在流动过程中，必须克服内摩擦阻力而做功。

其所受阻力的大小可用黏度系数η（简称黏度）来表示（kg·m-1·s-1）。

   高聚物稀溶液的黏度是液体流动时内摩擦力大小的反映。

纯溶剂黏度反映了溶剂分子间的内摩擦力，记作η0高聚物溶液的黏度则是高聚物分子间的内摩擦、   高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦以及η0三者之和。

在相同温度下，通常η>η0，相对于溶剂，溶液黏度增加的分数称为增比黏度，记作：

而溶液黏度与纯溶剂黏度的比值称作相对黏度，记作ηr，即

ηr反映的也是溶液的黏度行为，而ηsp则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效应仅反映了高聚物分子与溶剂分子间和高聚物分子间的内摩擦效应。

   高聚物溶液的增比黏度ηsp往往随质量浓度C的增加而增加。

为了便于比较，将单位浓度下所显示的增比黏度称为比浓黏度，而Lnηr/C则称为比浓对数黏度。

   当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可忽略，此时有关系式

[η]称为特性黏度，它反映的是无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质及高聚物分子的大小和形态。

由于Vr和均是无因次量，所以[η]的单位是质量浓度C单位的倒数。

在足够稀的高聚物溶液里，与ηsp/c与c，和Lnηr/c与c之间分别符合下述经验关系式：

   上两式中k和p分别称为Huggins和Kramer常数。

这是两直线方程，通过对ηsp/c对c或lnη/r对c作图，外推至c＝0时所得截距即为[η]。

显然，对于同一高聚物，由两线性方程作图外推所得截距交于同一点，如图所示。

高聚物溶液的特性黏度[D]与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的Mark—Houwink经验方程式来表示：

式中M是黏均摩尔质量，K、a是与温度、高聚物及溶剂的性质有关的常数，只能通过一些绝对实验方法（如膜渗透压法、光散射法等）确定，聚乙烯醇水溶液在25℃时K＝2×10—2,a=0.76；在30℃时K＝6.66×10-2，a＝0.64。

   本实验采用毛细管法测定黏度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。

本实验使用的乌氏黏度计如图1—17．2所示。

当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守Poiseuille定律：

式中r（kg·m—l·s-1）为液体的黏度；p（kg·m”·s-1）为当液体流动时在毛细管两端间的压力差（即是液体密度ρ，重力加速度g和流经毛细管液体的平均液柱高度h这三者的乘积）；r（m）为毛细管的半径；V（m3）为流经毛细管的液体体积；t（s）为y体积液体的流出时间;l（m）为毛细管的长度。

   用同一黏度计在相同条件下测定两个液体的黏度时，它们的黏度之比就等于密度与流出时间之比:

如果用已知黏度η1的液体作为参考液体，则待测液体的黏度，η2可通过上式求得。

   在测定溶剂和溶液的相对黏度时，如溶液的浓度不大（C

三、仪器与试剂

仪器：

恒温槽1套，乌氏黏度计1支，

     50ml具塞锥形瓶2只，洗耳球1只，

     5ml移液管1支，lOml移液管2支，

     细乳胶管2根，弹簧夹2个，

     恒温槽夹3个，吊锤1只，

     25ml容量瓶1只，秒表1只。

试剂：

聚乙烯醇（分析纯）。

四、实验内容

1、将恒温水槽调至25℃。

2、溶液配制：

准确称取聚乙烯醇0.5g（称准至0.001g）于lOOml具塞锥形瓶中，加入约60ml蒸馏水溶解，因不易溶解，可在60℃水浴中加热数小时，待其颗粒膨胀后，放在电磁搅拌器上加热搅拌，加速其溶解，溶解后，小心转移至lOOmL容量瓶中，将容量瓶置入恒温水槽内，加蒸馏水稀释至刻度（或由教师准备）。

3、测定溶剂流出时间to：

将黏度计垂直夹在恒温槽内，用吊锤检查是否垂直。

将20ml纯溶剂自A管注入黏度计内，恒温数分钟，夹紧C管上联结的乳胶管，同时在连接B管的乳胶管上接洗耳球慢慢抽气，待液体升至G球的1/2左右即停止抽气，打开C管乳胶管上夹子使毛细管内液体同D球分开，用停表测定液面在a、b两线间移动所需时间。

重复测定3次，每次相差不超过0.3s，取平均值。

4、测定溶液流出时间t取出黏度计，倒出溶剂，吹干。

用移液管吸取15mL已恒温的高聚物溶液，同上法测定流经时间。

再用移液管加入5mL已恒温的溶剂，用洗耳球从C管鼓气搅拌并将溶液慢慢地抽上流下数次使之混合均匀，再如上法测定流经时间。

同样，依次再加入5ml、l0ml、20ml溶剂，逐一测定溶液的流经时间。

   5、实验结束后，将溶液倒入回收瓶内，用溶剂仔细冲洗黏度计3次，最后用溶剂浸泡，备下次用。

五、        据记录与处理

1、记录并计算各种数据。

   2、lnη/C人及ηsp/C分别对c作图，作线性外推至C→0求[η]。

   3、取常数k、a值，计算出聚乙烯醇的黏均摩尔质量。

六、注意事项：

（1）黏度计必须洁净，如毛细管壁上挂水珠，需用洗液浸泡。

（2）高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证其完全溶解，否则会影响溶液起始浓度，而导致结果偏低。

   （3）本实验中溶液的稀释是直接在黏度计中进行的，所用溶剂必须先在与溶液所处同一恒温槽中恒温，然后用移液管准确量取并充分混合均匀方可测定。

   （4）测定时黏度计要垂直放置，否则影响结果的准确性。

七、思考题

1、乌氏黏度计中的支管C的作用是什么?

能否去除C管改为双管黏度计使用?

为什么?

2、在测定流出时间时，C管的夹子忘记打开了，所测的流出时间正确吗?

为什么?

3、黏度计为何必须垂直，为什么总体积对黏度测定没有影响?

黏度法测定水溶液高聚物黏均摩尔质量