李愛炳

(合肥師范學院物理與電子工程系,安徽合肥 230061)

電池電動勢測定實驗中要注意的幾個問題

李愛炳

(合肥師范學院物理與電子工程系,安徽合肥 230061)

本文是作者在電池電動勢測定的實驗教學中,對學生在實驗過程中容易出現(xiàn)的問題進行了梳理,提出了完成該實驗要注意的幾個問題。

電池電動勢;對消法;標準化;電極;鹽橋

電池電動勢的測定是電化學實驗之一,在該實驗長期的教學實踐中,發(fā)現(xiàn)一部分學生的實驗測定結(jié)果誤差較大,究其原因主要是實驗過程中出現(xiàn)的問題,因此要順利完成該實驗,筆者認為關(guān)鍵要注意下面幾個問題。

1 工作電源的“標準化”

由實驗方法可知,本實驗采用的是對消法原理。之所以采用對消法,是由于測量可逆電池的電動勢不能直接用伏特計來測量。因為電池與伏特計相接后,整個線路便有電流通過,此時電池內(nèi)部由于存在內(nèi)電阻而產(chǎn)生某一電位降,并在電池兩極發(fā)生化學反應(yīng),溶液濃度發(fā)生變化,電動勢數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。所以要準確測定電池的電動勢,只有在電流無限小的情況下進行,所采用的對消法就是根據(jù)這個要求設(shè)計的。見下圖所示:(圖中:E—工作電源,ε1—標準電池,εx—工作電池)

圖1 對消法原理線路圖

然而,對消法測定原電池電動勢首先要對工作電源進行“標準化”,這一步是非常重要的。如果“標準化”步驟出現(xiàn)問題,將直接影響到實驗的結(jié)果。出現(xiàn)影響工作電源“標準化”可能會有兩種情況:

(1)標準電池本身出現(xiàn)的問題。由于標準電池的長期使用或者使用、保管不當造成標準電池性能發(fā)生變化,使得電池不能提供在實驗溫度條件下的本應(yīng)提供的電動勢,從而導(dǎo)致影響對工作電源“標準化”的結(jié)果,也即工作電源經(jīng)“標準化”后,不能提供實驗所需要的標準工作電流,從而導(dǎo)致影響整個實驗的測定結(jié)果。

(2)實驗操作不當問題。本實驗是采用“對消法”測定原電池電動勢的,這種測定方法的明顯優(yōu)點就是整個實驗過程中,電路中幾乎沒有電流通過或只是瞬間有極其微弱的電流通過,從而保證了原電池電動勢不會因為長時間的放電,而導(dǎo)致原電池電動勢發(fā)生不穩(wěn)定,進而使實驗測定的結(jié)果出現(xiàn)誤差。然而,在學生實驗中,往往這一步出現(xiàn)的問題較多,由于是第一次,從而很難保證在“標準化”過程中,做到使電路中只有及其微小的電流瞬間通過。要不就是提供的工作電壓過大,使得兩個回路電流很難“對消”,造成標準電池工作時間過長。要不就是長時間開關(guān)處于接通狀態(tài),使得標準電池處于長時間的放電之中,影響了標準電池電動勢的穩(wěn)定。進而使“標準化”過程的結(jié)果不標準。

2 電極的制備與處理

電極的制備按照實驗要求是將鉑電極放在濃HNO3中浸泡15分鐘等方法,以去掉鉑金表面的污漬,保持金屬鉑片的光亮潔凈,然后用蒸餾水沖洗金屬鉑片,再放到0.1 mol·dm-3AgNO3(銀電極制作)溶液中進行電鍍,電極制備裝備圖如下圖所示:

圖2 電極制備裝置圖

再按照實驗要求,提供所需的電壓、電流進行電鍍。20分鐘后將電極取出用蒸餾水沖洗干凈。對于鋅電極還要進行汞齊化處理。汞齊化處理后改善了電極的表面狀況,使其粗糙度下降,成為光滑的平面電極,獲得重復(fù)性較好的電極電位。

然而,在實際的實驗中,經(jīng)常由于電極表面處理不凈,或電鍍時的電壓和電流過大以及電鍍時間的的不足,從而影響電極電鍍的質(zhì)量。

(1)電極在電鍍前處理不潔凈,將會導(dǎo)致電鍍效果不理想,使得電極鉑金表面所鍍金屬附著不牢固,甚至出現(xiàn)部分或大部分電鍍層金屬脫落。

(2)電鍍時的電壓和電流如果過高過大,將會導(dǎo)致在電鍍過程中,離子遷移過快,出現(xiàn)電鍍層不緊密,可能還會出現(xiàn)電鍍層含有氣泡,甚至有絮狀物出現(xiàn),使得制備的電極達不到實驗要求。

(3)鋅電極的汞齊化處理不好,也會影響電極的質(zhì)量,從而影響實驗測定的結(jié)果。鋅電極的汞齊化處理主要是將電鍍后的鋅電極放到飽和的 Hg2(NO3)2溶液中,但是由于電極表面所鍍金屬較薄,因此汞齊化的時間要求非常短(2-3秒即可),汞齊化后需迅速用蒸餾水沖洗電極表面上的 Hg2(NO3)2。由于對時間的要求非常短,使學生在實驗時很難掌握,往往造成汞齊化時間延長,電極表面大部分的鋅與 Hg2(NO3)2發(fā)生反應(yīng),影響了鋅電極的質(zhì)量。

3 鹽橋的制作

在鹽橋的制作中,要盡量避免或減少鹽橋中有氣泡存在,減少影響電動勢測定的結(jié)果。一定要防止鹽橋中瓊脂——飽和溶液(KNO3或 KCl,根據(jù)實驗需要確定)填充物出現(xiàn)斷裂,造成短路。

4 電動勢的測定

飽和甘汞電極內(nèi)的飽和 KCl溶液必須要充滿,而且電極管內(nèi)的飽和溶液中不能有氣泡存在,否則也會直接影響電動勢的測定結(jié)果,甚至會造成短路,從而無法測定電池的電動勢值。同時還要注意甘汞電極不能長時間放在被測液中,這樣會造成溶液被污染。

5 線路連接

整過實驗的線路連接要注意正負極切不可接反,否則,將會造成兩個回路無法對消,同時也要注意連接線各接點要處于良好接觸狀態(tài),防止虛接,造成短路或接觸不良,影響實驗或?qū)嶒灲Y(jié)果。

電池電動勢測定實驗是個很好的實驗設(shè)計,只要在實驗操作中按照實驗設(shè)計要求,認真、規(guī)范操作,注意上述問題,可以說,實驗結(jié)果與電池電動勢的理論值是非常接近的,誤差不會超出允許范圍。因此,我們在該實驗的教學中要提醒學生樹立科學、嚴謹?shù)膽B(tài)度,認真進行每一步操作,認真觀察和思考實驗現(xiàn)象,解決實驗中出現(xiàn)的問題,培養(yǎng)學生良好的科學態(tài)度和實驗技能。

[1] 東北師范大學等校編.物理化學實驗(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1989.5.

[2] 復(fù)旦大學,等編.物理化學實驗(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

李愛炳,合肥師范學院高級實驗師。