电池电动势测定实验中要注意的几个问题

李爱炳

(合肥师范学院物理与电子工程系,安徽合肥 230061)

电池电动势测定实验中要注意的几个问题

李爱炳

(合肥师范学院物理与电子工程系,安徽合肥 230061)

本文是作者在电池电动势测定的实验教学中,对学生在实验过程中容易出现的问题进行了梳理,提出了完成该实验要注意的几个问题。

电池电动势;对消法;标准化;电极;盐桥

电池电动势的测定是电化学实验之一,在该实验长期的教学实践中,发现一部分学生的实验测定结果误差较大,究其原因主要是实验过程中出现的问题,因此要顺利完成该实验,笔者认为关键要注意下面几个问题。

1 工作电源的“标准化”

由实验方法可知,本实验采用的是对消法原理。之所以采用对消法,是由于测量可逆电池的电动势不能直接用伏特计来测量。因为电池与伏特计相接后,整个线路便有电流通过,此时电池内部由于存在内电阻而产生某一电位降,并在电池两极发生化学反应,溶液浓度发生变化,电动势数据不稳定。所以要准确测定电池的电动势,只有在电流无限小的情况下进行,所采用的对消法就是根据这个要求设计的。见下图所示:(图中:E—工作电源,ε1—标准电池,εx—工作电池)

图1 对消法原理线路图

然而,对消法测定原电池电动势首先要对工作电源进行“标准化”,这一步是非常重要的。如果“标准化”步骤出现问题,将直接影响到实验的结果。出现影响工作电源“标准化”可能会有两种情况:

(1)标准电池本身出现的问题。由于标准电池的长期使用或者使用、保管不当造成标准电池性能发生变化,使得电池不能提供在实验温度条件下的本应提供的电动势,从而导致影响对工作电源“标准化”的结果,也即工作电源经“标准化”后,不能提供实验所需要的标准工作电流,从而导致影响整个实验的测定结果。

(2)实验操作不当问题。本实验是采用“对消法”测定原电池电动势的,这种测定方法的明显优点就是整个实验过程中,电路中几乎没有电流通过或只是瞬间有极其微弱的电流通过,从而保证了原电池电动势不会因为长时间的放电,而导致原电池电动势发生不稳定,进而使实验测定的结果出现误差。然而,在学生实验中,往往这一步出现的问题较多,由于是第一次,从而很难保证在“标准化”过程中,做到使电路中只有及其微小的电流瞬间通过。要不就是提供的工作电压过大,使得两个回路电流很难“对消”,造成标准电池工作时间过长。要不就是长时间开关处于接通状态,使得标准电池处于长时间的放电之中,影响了标准电池电动势的稳定。进而使“标准化”过程的结果不标准。

2 电极的制备与处理

电极的制备按照实验要求是将铂电极放在浓HNO3中浸泡15分钟等方法,以去掉铂金表面的污渍,保持金属铂片的光亮洁净,然后用蒸馏水冲洗金属铂片,再放到0.1 mol·dm-3AgNO3(银电极制作)溶液中进行电镀,电极制备装备图如下图所示:

图2 电极制备装置图

再按照实验要求,提供所需的电压、电流进行电镀。20分钟后将电极取出用蒸馏水冲洗干净。对于锌电极还要进行汞齐化处理。汞齐化处理后改善了电极的表面状况,使其粗糙度下降,成为光滑的平面电极,获得重复性较好的电极电位。

然而,在实际的实验中,经常由于电极表面处理不净,或电镀时的电压和电流过大以及电镀时间的的不足,从而影响电极电镀的质量。

(1)电极在电镀前处理不洁净,将会导致电镀效果不理想,使得电极铂金表面所镀金属附着不牢固,甚至出现部分或大部分电镀层金属脱落。

(2)电镀时的电压和电流如果过高过大,将会导致在电镀过程中,离子迁移过快,出现电镀层不紧密,可能还会出现电镀层含有气泡,甚至有絮状物出现,使得制备的电极达不到实验要求。

(3)锌电极的汞齐化处理不好,也会影响电极的质量,从而影响实验测定的结果。锌电极的汞齐化处理主要是将电镀后的锌电极放到饱和的 Hg2(NO3)2溶液中,但是由于电极表面所镀金属较薄,因此汞齐化的时间要求非常短(2-3秒即可),汞齐化后需迅速用蒸馏水冲洗电极表面上的 Hg2(NO3)2。由于对时间的要求非常短,使学生在实验时很难掌握,往往造成汞齐化时间延长,电极表面大部分的锌与 Hg2(NO3)2发生反应,影响了锌电极的质量。

3 盐桥的制作

在盐桥的制作中,要尽量避免或减少盐桥中有气泡存在,减少影响电动势测定的结果。一定要防止盐桥中琼脂——饱和溶液(KNO3或 KCl,根据实验需要确定)填充物出现断裂,造成短路。

4 电动势的测定

饱和甘汞电极内的饱和 KCl溶液必须要充满,而且电极管内的饱和溶液中不能有气泡存在,否则也会直接影响电动势的测定结果,甚至会造成短路,从而无法测定电池的电动势值。同时还要注意甘汞电极不能长时间放在被测液中,这样会造成溶液被污染。

5 线路连接

整过实验的线路连接要注意正负极切不可接反,否则,将会造成两个回路无法对消,同时也要注意连接线各接点要处于良好接触状态,防止虚接,造成短路或接触不良,影响实验或实验结果。

电池电动势测定实验是个很好的实验设计,只要在实验操作中按照实验设计要求,认真、规范操作,注意上述问题,可以说,实验结果与电池电动势的理论值是非常接近的,误差不会超出允许范围。因此,我们在该实验的教学中要提醒学生树立科学、严谨的态度,认真进行每一步操作,认真观察和思考实验现象,解决实验中出现的问题,培养学生良好的科学态度和实验技能。

[1] 东北师范大学等校编.物理化学实验(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1989.5.

[2] 复旦大学,等编.物理化学实验(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1984.2.

Some Issues on the Measurement Battery Electromotive Force Expreiment

LI Ai-bing
(Department of Physics and Electronic Engineering,Hefei Normal University,Hefei230061,China)

This paper makes a detailed analysis of some issues arising from the battery experiment teaching of the measurement of electromotive force by students,and puts forward some suggestions.

battery electromotive force;offset method;standardization;electrode;salt-bridge

G642.0

A

1674-2273(2010)06-0048-02

2010-07-26

李爱炳,合肥师范学院高级实验师。