科學實驗報告

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實驗目的

1.掌握可逆電池電動勢的測量原理和電位差計的操作技術

2.學會幾種電極和鹽橋的製備方法

3.學會測定原電池電動勢並計算相關的電極電勢

實驗原理

凡是能使化學能轉變為電能的裝置都稱之為電池(或原電池)。

可逆電池應滿足如下條件:

(1)電池反應可逆，亦即電池電極反應可逆;(2)電池中不允許存在任何不可逆的液接界;(3)電池必須在可逆的情況下工作，即充放電過程必須在平衡態下進行，即測量時通過電池的電流應為無限小。

因此在製備可逆電池、測定可逆電池的電動勢時應符合上述條件，在精確度不高的測量中，用正負離子遷移數比較接近的鹽類構成“鹽橋”來消除液接電位;用電位差計測量電動勢可滿足通過電池電流為無限小的條件。電位差計測定電動勢的原理稱為對消法，可使測定時流過電池的電流接近無限小，從而可以準確地測定電池的電動勢。

可逆電池的.電動勢可看作正、負兩個電極的電勢之差。設正極電勢為φ+，負極電勢為φ-，則電池電動勢E = φ+ - φ- 。

電極電勢的絕對值無法測定，手冊上所列的電極電勢均為相對電極電勢，即以標準氫電極作為標準，規定其電極電勢為零。將標準氫電極與待測電極組成電池，所測電池電動勢就是待測電極的電極電勢。由於氫電極使用不便，常用另外一些易製備、電極電勢穩定的電極作為參比電極。常用的參比電極有甘汞電極、銀-氯化銀電極等。這些電極與標準氫電極比較而得的電勢已精確測出，具體的電極電位可參考相關文獻資料。

以飽和甘汞電極與銅/硫酸銅電極或鋅/硫酸鋅電極組成電池，測定電池的電動勢，根據甘汞電極的電極電勢，可推得這兩個電極的電極電勢。

儀器和試劑

SDC-II型數字式電子電位差計，銅電極，鋅電極，飽和甘汞電極，0.1 mol?L-1 CuSO4溶液，0.1 mol?L-1 ZnSO4溶液，飽和KCl溶液。

實驗步驟

1.記錄室温，打開SDC-II型數字式電子電位差計預熱5分鐘。將測定旋鈕旋到“內標”檔，用1.00000 V電壓進行“採零”。

2.電極製備：先把鋅片和銅片用拋光砂紙輕輕擦亮，去掉氧化層，然後用水、蒸餾水洗淨，製成極片。

3.半電池的製作：向兩個50 mL燒杯中分別加入1/2杯深0.1000 mol?L-1 CuSO4溶液和0.1000 mol?L-1 ZnSO4溶液，再電極插入電極管，打開夾在乳膠管上的彈簧夾，將電極管的尖嘴插入溶液中，用洗耳球從乳膠管處吸氣，使溶液從彎管流出電極管，待電極一半浸沒於溶液中時，用彈簧夾將膠管夾住，提起電極管，保證液體不會漏出電極管，如有滴漏，檢查電極是否插緊。

4.原電池的製作：向一個50 mL燒杯中加入約1/2杯飽和氯化鉀溶液，將製備好的兩個電極管的彎管掛在杯壁上，要保證電極管尖端上沒有氣泡，以免電池斷路。

5.測定銅鋅原電池電動勢：將電位差計測量旋鈕旋至測定檔，接上測量導線，用導線上的鱷魚夾夾住電極引線，接通外電路。

從高位到低位逐級調整電位值，觀察平衡顯示。在高電位檔調節時，當平衡顯示從OVL跳過某個數字又跳回OVL時，將該檔退回到低值，再調整下一檔。在低電位檔調節時，調節至平衡顯示從負值逐漸小，過零後變正值時，將該檔回到低值，繼續調整下一檔。直至調整到最後一位連續調節檔。當平衡顯示為零或接近於零時，讀出所調節的電位值，此即該電池的電動勢。

6.測定電極電勢：取出飽和甘汞電極，拔去電極頭上的橡皮帽，置於燒杯中。將測量導線的兩個鱷魚夾分別夾在鋅電極和甘汞電極上，同上法測定電動勢。再同樣測量由銅電極和甘汞電極組成的電池的電動勢。根據所測得的電動勢及甘汞電極的電極電勢，計算所測量電極的電極電勢。

思考題

1.如何正確使用電位差計?

2.參比電極應具備什麼條件?

3.若電池的極性接反了，測定時會發生什麼現象?

4.鹽橋有什麼作用?選用作鹽橋的物質應有什麼原則?