一、实验目的

1、了解补偿法原理：掌握电势差计的使用；

2、测定下列三组电池的电动势：

A) Zn | ZnSO₄ ( b = 0.1mol·kg^-1 ) || CuSO₄ ( b = 0.1mol·kg^-1 ) | Cu

B) Zn | ZnSO₄ ( b = 0.1mol·kg^-1 ) || KCl (饱和 )， Hg₂Cl₂ (s) | Hg

C) Hg |  Hg₂Cl₂ (s)， KCl (饱和 )  ||  HCl (b = 0.1mol·kg^-1 )，氢醌  | Pt

二、实验原理 (补偿法原理 )

电化学中关心的是可逆电池的电动势，因而要求测量过程中通过的电流无限小，补偿法就是通过在外电路上加上一个大小相等，方向相反的电势差与原电池相抗衡，达到测量回路中电流 I →0的目的。其线路示意图见图 1。

图 1 补偿法原理图

测电动势用的仪器称为电位差计，其主要部件为阻值精确且均匀电阻， (图 1中的 AB段)。

测量时接通 K₂，即将待测电池 E_x接入电路，然后移动接头，若移至 C处时检流计 G上显示电流 I→0则表明 AC段上的压降等于待测电池 E_x的电动势，由仪器可读出其电势差的数值 .但电势差的数值不仅决定于电阻，而且与流经电路的电流大小有关，而仪器使用时实际的电流大小是不定的，这样对仪器刻度数值的可靠性就带来了问题。为此电位差计在测量 Ex前必须对其读数进行校准——仪器标准化。进行仪器标准化时接通 K₁，即将标准电势差 (E_s=1.0000V)接入电路，移动接头至 D处，然后调节可变电阻 R至检零指示 G上显示电流 I→0，表明 AD段上的压降等于标准电势差 E_s，即仪器的标准化是调节电流，或者说是校正仪器读数 .

三、仪器与试剂

3.1 仪器

SDC-Ⅱ数字电位差综合测试仪；甘汞电极，铂电极，铜电极，锌电极各一支；金相砂纸；U形玻璃管；100 mL烧杯 4个。

3.2 试剂

0.1 mol·kg^-1 CuSO₄；0.1 mol·kg^-1 ZnSO₄；0.1 mol·kg^-1 HCl；饱和 KCl；琼脂。

四、实验步骤

4.1 制作盐桥

取琼脂 3 g，饱和 KCl 100 mL加热至完全溶解，趁热将此溶液装入 U形玻璃管中，静置固化后即可使用。

4.2 处理Cu、Zn电极：先用金相砂纸除去电极表面的氧化物，用蒸馏水冲洗檫干，并用纸吸干备用。

4.3 仪器标准化

(1) 打开仪器开关，将测量选择旋钮旋至“内标”

(2) 调节电位旋钮至电位指示为： 1.00000 V

(3) 按“采零”键至检零指示为： 0.000 V

4.4 测量电池电动势 E

(1) 取100mL烧杯 2个，分别装入半杯 0.1 mol·kg^-1 CuSO₄和 0.1 mol·kg^-1 ZnSO₄，分别插入Cu电极和Zn电极，中间架以盐桥，即构成铜─锌电池。

(2) 将电池接入测量端；将测量选择旋钮旋至 “测量”

(3) 由大到小依次调节电位旋钮至检零指示为 0.000时记录电位指示的读数即为待测电池的电动势。

(4) 重复上述4.3，4.4步骤，记录第二次数据

(5) 更换电极重复以上操作测量另两个电池的电动势。

其中甘汞电极──KCl(饱和)， Hg₂Cl₂(s) | Hg，将甘汞电极置于饱和 KCl溶液中即可；

其中氢醌电极──HCl(b = 0.1 mol·kg^-1)，氢醌 | Pt，将铂电极置于溶有少量氢醌的 HCl(b = 0.1 mol·kg^-1)溶液中即可。

¤ 实验完毕拆除线路；将饱和甘汞电极放回饱和KCl溶液中保存；实验用KCl倒入回收瓶，清洗电极和烧杯，整理仪器及桌面。

五、实验数据处理

5.1 计算各电极的电极电势 E(电极)。

⑴ 锌电极

⑵ 铜电极

式中 : b^θ = 1 mol·kg^-1

γ (Zn²⁺) ≈ γ(ZnSO₄) 及 γ (Cu²⁺) ≈ γ(CuSO₄) 

可查《物理化学》下册 P.16表 7.4.1

⑶ 甘汞电极

参见《物理化学》下册 P.35

E(饱和甘汞)＝(0.2410-7.6×10^-4 (t/℃-25)) V

⑷ 醌氢醌电极

参见《物理化学》下册 P.36 ～ 37

式中：γ(H⁺) ≈ γ(HCl)可查《物理化学》下册 P.16表 7.4.1

5.2 计算各电池的电动势 : E＝E₊-E_-

5.3 计算实验数据的相对误差