【大学物理化学实验报告-原电池电动势的测定】一、实验目的

1. 掌握原电池电动势的测量原理与方法。

2. 理解电极电势与标准电极电势的概念。

3. 学习使用电位差计进行电动势的精确测量。

4. 通过实验验证能斯特方程在实际中的应用。

二、实验原理

原电池是由两个不同金属或金属与溶液组成的电极构成的装置，其工作原理基于氧化还原反应。在该过程中，电子从一个电极（阳极）流向另一个电极（阴极），从而产生电流。原电池的电动势（EMF）是衡量其做功能力的重要参数，通常用伏特（V）表示。

根据能斯特方程，原电池的电动势与温度、浓度等因素有关：

$$

E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln Q

$$

其中：

- $ E $ 是实际电动势；

- $ E^\circ $ 是标准电动势；

- $ R $ 是气体常数；

- $ T $ 是热力学温度；

- $ n $ 是转移的电子数目；

- $ F $ 是法拉第常数；

- $ Q $ 是反应商。

本实验中，通过测量锌铜电池的电动势，可以进一步计算其标准电极电势，并验证实验数据与理论值之间的关系。

三、实验仪器与试剂

1. 电位差计（如：数字式电位差计）

2. 标准氢电极（或参考电极）

3. 铜电极、锌电极

4. 0.1 mol/L CuSO₄ 溶液

5. 0.1 mol/L ZnSO₄ 溶液

6. 盐桥

7. 导线、开关、连接器等

四、实验步骤

1. 准备两组电解池，分别装入 CuSO₄ 和 ZnSO₄ 溶液。

2. 将铜电极和锌电极分别浸入对应的溶液中，形成两个半电池。

3. 使用盐桥连接两个半电池，构成完整的原电池系统。

4. 将电位差计接入电路，调节使其处于平衡状态。

5. 记录电动势数值，重复测量三次以提高准确性。

6. 改变电解液浓度，再次测量电动势并记录数据。

五、数据记录与处理

| 实验次数 | 测量电动势（V） |

|----------|------------------|

| 1| 1.08 |

| 2| 1.09 |

| 3| 1.07 |

平均电动势为：$ E_{\text{avg}} = 1.08 \, \text{V} $

根据标准电极电势表，Cu²⁺/Cu 的标准电极电势为 $ +0.34 \, \text{V} $，Zn²⁺/Zn 的标准电极电势为 $ -0.76 \, \text{V} $，因此理论电动势应为：

$$

E^\circ = E_{\text{cathode}} - E_{\text{anode}} = 0.34 - (-0.76) = 1.10 \, \text{V}

$$

实验测得值为 1.08 V，误差约为 1.8%，可能来源于仪器精度、温度波动及溶液浓度不准确等因素。

六、实验结论

通过本次实验，成功测定了锌铜原电池的电动势，并验证了能斯特方程的基本原理。实验结果与理论值基本一致，说明实验操作较为准确，能够较好地反映原电池的工作特性。同时，也认识到影响电动势的因素较多，需在实验中注意控制变量。

七、思考与讨论

1. 实验中使用的盐桥对实验结果有何影响？

- 盐桥用于维持电荷平衡，防止离子迁移导致的电势变化，对实验结果的准确性至关重要。

2. 如果改变电解液的浓度，电动势会如何变化？

- 根据能斯特方程，浓度变化会导致电动势发生变化，具体取决于反应商的变化趋势。

3. 实验中如何保证测量的准确性？

- 可通过多次测量取平均值、校准仪器、控制环境温度等方式提高测量精度。

八、参考文献

1. 《物理化学实验》教材，高等教育出版社

2. 《大学物理化学》课程讲义，XX大学化学系

3. 《电化学基础》，科学出版社