實(shí)驗(yàn)七電導(dǎo)和弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的測定

1、2.2 電化學(xué)部分實(shí)驗(yàn)七 電導(dǎo)與弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的測定1 目的要求 (1) 了解溶液電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率等基本概念。(2) 掌握用電橋法測量溶液電導(dǎo)的原理和方法。(3) 測定溶液的電導(dǎo)，了解濃度對弱電解質(zhì)電導(dǎo)的影響，測定弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)。2 基本原理(1) 電導(dǎo)、電導(dǎo)率與電導(dǎo)池常數(shù)：導(dǎo)體可分為兩類：一類是金屬導(dǎo)體，它的導(dǎo)電性是自由電子定 向運(yùn)動的結(jié)果；另一類則是電(解質(zhì)導(dǎo)體，如酸、堿、鹽等電解質(zhì)溶液，其導(dǎo)電性則是離子 定向運(yùn)動的結(jié)果。對于金屬導(dǎo)體.，其導(dǎo)電能力的大小通常以電阻R(resistance)表示， 而對于電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力則常以電導(dǎo)G(electric conduct

2、ance)表示。溶液本身的電阻R和電導(dǎo)G的關(guān)系為： (2.7.1)由歐姆定律(Ohms law) (2.7.2)則有 (2.7.3)式中，I為通過導(dǎo)體的電流，U為外加電壓。電阻的單位為歐姆，用表示。電導(dǎo)的單位為西門子(Siemens)，用S或-1表示。導(dǎo)體的電阻R與其長度l成正比，而與其截面積A成反比。 (2.7.4)式中，是比例常數(shù)，表示在國際單位制(SI)中長1m，截面積為1m2導(dǎo)體所具有的電阻，稱為電阻率(resistivity)，單位是1m2。由式(2.7.4)取倒數(shù)，并令=1/可得 (2.7.5)稱為電導(dǎo)率(eletrolytic conductivity)，也是比例常數(shù)，表示長1m

3、，截面積為1m2導(dǎo)體的電導(dǎo)。對溶液來說，它表示電極面積為1m2，兩極距離為1m時(shí)溶液的電導(dǎo)。單位為-1· m-1或S·m-1。對于某一電導(dǎo)池,用來測定的電極往往是成品電極，兩極之間的距離l和電流通過電解質(zhì)時(shí)鍍有鉑黑的電極面積A是固定的，即lA是固定的，稱lA為電導(dǎo)池常數(shù)，以Kcell表示，單位是m-1。則式(2.7.5)可表示為: (2.7.6)(2)電導(dǎo)的測定：電導(dǎo)的測定在實(shí)驗(yàn)中實(shí)際上是測定電阻。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展， 目前(3) 摩爾電導(dǎo)率、電離度及電離常數(shù)：摩爾電導(dǎo)率(molar conductivity)是指把含1mol電解質(zhì)的溶液全部置于相距為1m的兩電極間，這

4、時(shí)所具有的電導(dǎo)，這時(shí)用m表示。此時(shí)，溶液的摩爾電導(dǎo)率 (2.7.14) Vm是1mol電解質(zhì)溶液的體積，單位是m3·mol-1。若溶液的濃度為c (mol·m-3)，則 (2.7.15)溶液的m其單位為S·m2·mol-1。m隨溶液濃度而改變，溶液越稀，m越大。因?yàn)楫?dāng)溶液無限稀釋時(shí)，電解質(zhì)分子全部電離，此時(shí)，摩爾電導(dǎo)率最大，這一最大值稱為極限摩爾電導(dǎo)率，以m 表示之 。m要小于m ，弱電解質(zhì)溶液m與m 之比象征著電解質(zhì)的電離程度或稱其為電離度，以表示之，即 (2.7.16)1-1型電解質(zhì)在溶液中建立平衡時(shí)設(shè)未離解時(shí)AB的濃度為c，其電離度為，則平衡時(shí) (

5、2.7.17) (2.7.18)根據(jù)質(zhì)量作用定律,AB電離常數(shù)為 (2.7.19)對弱電解質(zhì) (2.7.20)在實(shí)驗(yàn)中如能測出不同濃度c時(shí)的電導(dǎo)，再由電導(dǎo)求出摩爾電導(dǎo)率，并從文獻(xiàn)查出m，則可根據(jù)(2.7.20)式計(jì)算弱電解質(zhì)的電離常數(shù)。儀器藥品電導(dǎo)率儀 1臺鉑黑電極 1對20mL移液管 5個電導(dǎo)池管 5個恒溫水浴 1套電導(dǎo)水：0.0200mol·dm-3KCl;0.1000mol·L-1、0.0500mol·L-1、0.0250mol·L-1、0.0125mol·L-1CH3COOH。3 實(shí)驗(yàn)步驟 (1) 溫度控制：在連接線路的同時(shí)，調(diào)節(jié)恒溫水

6、浴至298.2±0.1K。洗凈5個電導(dǎo)池管，并烘干。 (2) 不同濃度CH3COOH溶液電導(dǎo)率的測定：可以用容量瓶和移液管事先把0.1000mol·L-1 CH3COOH以電導(dǎo)水分別稀釋成0.05500mol·L-1、0.0250mol·L-1和0.0125mol·L-1不同濃度的溶液備用。也可以邊測定邊稀釋(見后) 。將電導(dǎo)率儀的電極用電導(dǎo)水沖洗干凈，再用0.1000mol·L-1CH3CO0H溶液洗3次。另取一干凈電導(dǎo)池管浸入恒溫槽，用移液管移取40mL0.1000mol·L-1KCl溶液注入電導(dǎo)池管(移液管應(yīng)先用0.1

7、000mol·L-1KCl洗3次)，放入電極，保持液面超過電極1cm2cm，恒溫15min，按上法測其電導(dǎo)率，并重復(fù)測定2次3次。 按同樣方法測定0.0500mol·L-1 (將0.1000mol·L-1CH3COOH取出一半，加入等量電導(dǎo)水，以下類推)、0.0250mol·L-1和0.0125mol·L-1CH3 COOH的電阻。實(shí)驗(yàn)完畢，倒出CH3COOH溶液，將電極用蒸餾水沖洗后浸入蒸餾水中，洗凈所有用過的玻璃儀器，關(guān)掉開關(guān)，整理好儀器。4 數(shù)據(jù)處理電導(dǎo)池常數(shù)Kcell測定數(shù)據(jù)室溫：_ K 實(shí)驗(yàn)溫度：_K 大氣壓_PaCH3COOH溶液的

8、電離常數(shù)測定數(shù)據(jù)CH3COOH(mol·L-1)次數(shù)電導(dǎo)率（-1.m-1）摩爾電導(dǎo)率m(S.m2.mol-1)電離度電離常數(shù)Kc0.1000120.0500120.0250120.012512Kc平=(2) 由測量數(shù)據(jù)，用式(2.7.15)計(jì)算不同濃度CH3COOH溶液的摩爾電導(dǎo)率。 (3) 已知醋酸溶液在298K無限稀釋時(shí)的摩爾電導(dǎo)率m =0.0390S·m2·mol-1，利用式(2.7.16)計(jì)算在各個不同濃度時(shí)的電離度。(4) 利用式 (2.7.20)計(jì)算各個醋酸濃度時(shí)的電離常數(shù)Kc，取其平均值，并與文獻(xiàn)值比較，計(jì)算其相對誤差(文獻(xiàn)值Kc=1.772

9、5;10-5)。 (6) 結(jié)果要求及文獻(xiàn)值結(jié)果要求：298.2K時(shí)CH3COOH電離常數(shù)Kc應(yīng)在1.700×10-51.800×10-5范圍內(nèi)。文獻(xiàn)值：不同溫度時(shí)CH3COOH的電離平衡常數(shù)如下：溫度（K） 278.2 288.2 298.2 308.2 323.2Kc*105 1.698 1.746 1.754 1.730 1.630 摘自化學(xué)便覽基礎(chǔ)編，1055(1966)。5 注意事項(xiàng)(1)溫度對電導(dǎo)的影響較大，所以在整個實(shí)驗(yàn)過程中必須保證在同一溫度下進(jìn)行，恒溫槽溫度控制尤其值得注意。并保持換溶液后恒溫足夠時(shí)間后再進(jìn)行測定。(2)使用電導(dǎo)率儀時(shí)要特別小心。 (3) 稀釋溶液的水一定要用電導(dǎo)水。6 思考