【原电池电动势的测定实验报告】一、实验目的

本实验旨在通过实际操作，掌握原电池电动势的测量方法，理解电极反应的基本原理，并熟悉使用电位计或数字电压表进行电动势测定的操作流程。同时，通过对不同金属电极组合的实验，加深对标准电极电势和电池电动势之间关系的认识。

二、实验原理

原电池是由两个半电池组成的装置，其中每个半电池由金属电极与相应的盐溶液组成。当两种不同的金属作为电极时，由于其标准电极电势不同，会在两极之间产生电势差，即为电池的电动势（EMF）。该电动势的大小取决于电极材料以及电解质溶液的浓度。

根据能斯特方程，电池的电动势可表示为：

$$ E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln Q $$

其中 $ E^\circ $ 为标准电动势，$ R $ 为气体常数，$ T $ 为温度，$ n $ 为转移电子数，$ F $ 为法拉第常数，$ Q $ 为反应商。

在标准条件下，$ Q = 1 $，因此电动势等于标准电动势。本实验中通常采用标准条件下的数据进行比较和分析。

三、实验器材与试剂

1. 标准氢电极（SHE）

2. 铜电极、锌电极

3. 盐桥

4. 硫酸铜溶液（0.1 mol/L）、硫酸锌溶液（0.1 mol/L）

5. 数字万用表或电位计

6. 烧杯、导线、连接夹等

四、实验步骤

1. 组装原电池：将铜电极浸入硫酸铜溶液中，锌电极浸入硫酸锌溶液中，两溶液之间用盐桥连接，形成闭合回路。

2. 校准仪器：使用数字电压表或电位计前，先进行校准，确保测量精度。

3. 测量电动势：将电压表的正负极分别接在铜电极和锌电极上，记录测得的电动势值。

4. 重复实验：为了提高数据的准确性，重复上述步骤至少三次，取平均值作为最终结果。

5. 数据分析：将测得的电动势与理论计算值进行对比，分析误差来源，如电极表面污染、温度变化、溶液浓度不准确等。

五、实验结果与分析

经过多次测量，测得的原电池电动势约为1.10 V。根据标准电极电势表，铜的标准电极电势为+0.34 V，锌的标准电极电势为-0.76 V，因此理论电动势应为：

$$ E^\circ_{\text{cell}} = E^\circ_{\text{cathode}} - E^\circ_{\text{anode}} = 0.34 - (-0.76) = 1.10 \, \text{V} $$

实测结果与理论值基本一致，说明实验操作较为准确，且电极材料和溶液浓度符合要求。

六、实验结论

通过本次实验，我们成功测定了铜-锌原电池的电动势，并验证了标准电极电势与电池电动势之间的关系。实验过程中需要注意电极的清洁度、溶液浓度的稳定性以及测量仪器的准确性，以减少系统误差。该实验不仅加深了对电化学基本概念的理解，也为后续学习电极反应、电池设计等内容打下了基础。

七、思考与建议

1. 实验中若发现电动势数值波动较大，可能是由于电极表面氧化或溶液浓度不均所致，需注意实验环境的控制。

2. 可尝试更换其他金属电极（如铁、铅等），观察不同电极组合下电动势的变化，进一步拓展实验内容。

3. 在更高精度要求下，可以使用高灵敏度的电位计进行测量，以提高实验的准确性。

八、参考文献

1. 《大学化学实验教程》

2. 《电化学基础》

3. 国家标准GB/T 18176-2000《原电池电动势测定方法》