組員：49912052 劉哲皓 實驗原理 49954023 包致瑋 儀器、藥品、步驟 實驗四 電池的電動勢 　　　　及單極電位的測定 組員：49912052　劉哲皓　實驗原理 49954023 　包致瑋 儀器、藥品、步驟　

實驗目的 熟悉電位計的測定原理與檢驗方法 測定單極電池 測定電池中二種電解質的電動勢 測定難溶鹵化鹽類的溶解度積 測定濃差電池的電位差

認識名詞 電位(potential)：用來描述電極得失電子的難易度(電流會由電位高處流到電位低處） 電位差(potencial difference):是衡量單位電荷在靜電場中由於電位不同所產生的能量差的物理量 電動勢(electromotive force):藉由檢流計我們能觀察到，將兩個電位不同的電極串聯再一起，由於電位的差異會產生電流，而我們稱這兩電極間的電位差為電動勢(electromotive force = emf)

測量電動勢的方法(一) 最簡單的方法為直接 以伏特計測量(並聯) 優點:簡易且方便 缺點:因為電池內存在 優點:簡易且方便 缺點:因為電池內存在 內電阻，若直接測量 則並非電池的電動勢

測量電動勢方法(二) 用電位計測定emf 並採用波更多夫補償原理(Poggendroff compensation principle)如右圖所示 當電阻兩端電位差=電池電位 檢流計有電流流過 故只要調整C的位置改變電阻至AC上電位差=未知電池電壓 即可由公式求得 ：

需注意事項 可變電阻絲必須均勻

測量電動勢方法(三)  

雙級雙投開關

實驗原理 1.單極電極的電位 2.電池的電位 3.由電動勢計算溶解度積 4.濃度差電池

1.單極電極的電位 兩單位電極的電位差即是emf 用已知電位標準電極作為待測單極電極的參考 (1)標準氫電極(Standard Hydrogen Electrode) 在任何溫度下 ɛ0 = ± 0.0000 (V)但在備製和使用上不方便改使用第二參考電極 (2) 第二參考電極(Secondary Reference Electrode) 本次使用 Ag/AgCl 標準電極 ɛ0 = –0.2225 (V)

2.電池的電位 已知單電極反應及電位，可求得電池emf及其反應 Cd︱Cd2+ (a=1)∥Cu2+ (a=1)︱Cu Cd(s) → Cd2+ (a=1) + 2e- ɛ25℃ = 0.4030 (V) 正極(Cu)：還原反應 Cu2+ (a=1) + 2e- → Cu(s) ɛ25℃ = 0.3370 (V)

兩單電極反應相加得電池反應 Cd(s) + Cu2+ (a=1) Cd2+ (a=1) + Cu(s) ɛcell = ɛCd + ɛCu = 0.4030 + 0.3370 = + 0.7400 (V) 電池emf為正值→自然反應→電極正確 電池emf為負值→非自然反應→電極錯誤

3.由電動勢計算溶解度積 R=8.314JK-1mol-1 F=法拉第常數 (96500 C/mol) n=參與電子數 T=絕對溫度 a=活度(activity)

Ag / AgCl (sat.)‖AgNO3 (0.1N)∣Ag 陽極：Ag → Ag+ (C1) + e- 陰極：Ag+ (0.1N) + e- → Ag 電池總反應： Ag+ (0.1N) → Ag+ (C1) 由測得電動勢求出AgCl飽和溶液之Ag+濃度C1， 進而求得AgCl之Ksp Ksp = [Ag+] [Cl–]

4.濃度差電池(concentration cell) 伏打電池中，若兩極的電極種類及溶液種類均相同，僅是兩極的溶液濃度不同，兩極間就有電位差，稱為濃差電池 濃差電池的電極為電解液正離子的金屬片，濃度大的一端電位較高，電池電壓與兩杯溶液濃度比值的log值成正比(式(2))

活度（Activity）即某物質的「有效濃度」，或稱為物質的「有效莫爾分率」。 將理想混合物中組分i的化學勢表示式中的莫爾分率（xi）替換為活度（ai），便可得到真實混合物中組分i的化學勢 活度係數（或稱「活度因子」）則按下式定義，相當於真實混合物中 i 偏離理想情況的程度： 理想情況下xi與ai相等。

平均活度係數(f):由於單個離子的活度係數無法從實驗得到，一般取電解質 中兩種離子活度係數的平均值，稱為平均活度係數

儀器裝置圖(Instrument) 電位計 １ Ag/AgCl參考電極 １ 鹽橋U型玻璃管 １ 金屬片(鋁、鋅、銅) １ 溫度計 １ 電位計　　　　　　　 １ Ag/AgCl參考電極　　　 １ 鹽橋U型玻璃管　 　 １ 金屬片(鋁、鋅、銅) １ 溫度計　　　　　　　 １ 燒杯(50ml)　　　　　 ４ 　　(250ml)　　　　 ２ 電導線　　　　　　 １ 脫脂棉　　　　　　 １ 砂紙　　　　　　　 １

藥品

Procedure 鹽橋製作 單極電位的測定 電池中兩種電解質電動勢的測定 溶解度積的測定 濃差電池電位差的測定

鹽橋製作 將3%洋菜及3%明膠在1NKCl加熱溶解,趁其溫熱時將之加入內徑為5mm的U型玻璃管,冰浴固化後,倒置不易流出即可

單電極電位測定 以溫度計測溫度 1N KCl I.1N ZnSO4 30ml II.1N CuSO4 30ml 飽和NH4NO3 30ml I. Zn| ZnSO4(1N) | KCl (1N) | NH4NO3 | Ag/AgCl II.Cu| CuSO4(1N)| KCl (1N) |NH4NO3 | Ag/AgCl

計算Zn & Cu之 Ɛ Zn(S)→Zn2++2e- Ɛ0=+0.7618 AgCl-(S)+e-→Ag(S)+Cl- 　　　　　Ɛ0=+0.2225 Zn(S)+2 AgCl-(S)→Zn2++2 Ag(S)+2Cl- ΔƐ(理論)=0.7618+0.2225=0.9843(V) ΔƐ(實驗)=實驗值-0.2225 討論誤差

電池中兩種電解質電動勢測定 測1.溫度 2.丹尼耳電位差 1N CuSO4 30ml 1N ZnSO4 30ml 　　2.丹尼耳電位差 1N CuSO4 30ml 1N ZnSO4 30ml Zn| ZnSO4(1N) | KCl (1N) | CuSO4(1N)| Cu

丹尼耳電池電位計算 Zn(S)→Zn2++2e- Ɛ0=+0.7618 Cu2++e-→Cu(S) Ɛ0=+0.337 Zn(S)+ Cu2+→→Zn2++ Cu(S) ΔƐ(理論)=0.7618+0.337=1.0988(V) ΔƐ(實驗)=實驗值-0.337 與理論值做比較

溶解度積的測定 (1)AgCl(sat.) (2)AgBr(sat.) (3) AgI(sat.) 30ml 0.1N AgNO3 Ag|AgNO3(0.1N)|KCl (1N)|AgX(sat.)|Ag

計算溶解度積 計算AgBr & AgI

濃差電池電位差的測定 測定溫度與電位差(三組) 1N vs. 0.1N 1N vs. 0.01N 0.1N vs. 0.01N ※鹽橋為飽和NH4NO3 　　電極皆為Ag

計算濃差電池電位 硝酸銀的平均活度係數表(25℃) 濃度C 1N 0.1N 0.05N 0.02N 0.01N 0.005N 平均活度係數 0.58 0.733 0.795 0.858 0.892 0.922