實驗七電導和弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的測定

1、2.2電化學部分實驗七電導與弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)的測定1目的要求了解溶液電導、電導率、摩爾電導率等基本概念。掌握用電橋法測量溶液電導的原理和方法。測定溶液的電導，了解濃度對弱電解質(zhì)電導的影響，測定弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)。2基本原理電導、電導率與電導池常數(shù)：導體可分為兩類：一類是金屬導體，它的導電性是自由電 子定向運動的結果；另一類則是電解質(zhì)導體，如酸、堿、鹽等電解質(zhì)溶液，其導電性則是 離子定向運動的結果。對于金屬導體.，其導電能力的大小通常以電阻R(resistance)表示，而 對于電解質(zhì)溶液的導電能力則常以電導3(electric conductance)表示。溶液本身的電阻日和電導 G的

2、關系為：G = -(2.7.1)R由歐姆定律(Ohms law)U = IR(2.7.2)則有G = -(2.7.3)U式中，I為通過導體的電流，U為外加電壓。電阻的單位為歐姆，牘表示。電導的單位 為西門子(Siemens)，用S或Q-1表示。導體的電IW與其長回成正比，而與其截面積成反比。R L(2.7.4)A式中，P是比例常數(shù)，表示在國際單位制SI)中長1m，截面積為1m2導體所具有的電阻， 稱為電阻率(resistivity),單位是1m2。由式(2.7.4)取倒數(shù)，并令K=1/p可得G =k A(2.7.5)l滿稱為電導率(eletrolytic conductivity)也是比例常數(shù)

3、，表示長1m，截面積為1m2導體的電 導。對溶液來說，它表示電極面積為1m2,兩極距離為1m時溶液的電導。單位為Q-1. m-1或Sm-1。對于某一電導池，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 鍍有伯黑的電極面積A是固定的，即l/A是固定的，稱l/A為電導池常數(shù)，以筆日表示，單位 是m-1。則式(2.7.5)可表示為：精品文檔雖然l和A是固定的，但很難直接準確測量。因此，通常是把已知電導率的溶液:常用一定 濃度的KCl溶液)注入電導池，用平衡電橋法測其電導G則可求出電導池常數(shù)Kceii已知后， 用相同的方法和同一電導池來測未知溶液的電導。電導的測定：電導的測定在實驗

4、中實際上是測定電阻。隨著實驗技術的不斷發(fā)展，目前 已有不少測定電導和電導率的成品儀器，這些儀器可把測出的電阻值換算成電導值在儀器上 反映出來。如果是用配套固定的電極，可直接反映出電導率值。但其測量原理都是一樣的， 和物理學上測電阻用的韋斯頓Wheatstone)電橋類似。測量導體的電導是以補償法為基礎的，即將一未知電阻與一已知電阻相比較的方法，求 得導體對電流的電阻值。其原理如圖2.7.1)所示。圖2.7.1補償法原理線路圖2.7.2學生型電位差計測電阻時線路圖1振蕩器2電鍵3電導池4耳機5電阻箱AB是均勻滑線電阻，沿滑線AB移動接觸點c，找出當零點指示儀器指示無電流通過 時，即D、C兩點電位

5、相等，因此AD區(qū)域間的電位降應等于睥區(qū)域間的電位降；同樣， BD和BC區(qū)域間的電位降亦相等。自電源出來的電流強度為，在A點電流分為二支，設沿ACB電路電流強度為I，沿 ADB電路電流強度為I2，此時= Il PV = RI(2.7.7) TOC o 1-5 h z AC1 ACAD1 2= 11 PV = R I(2.7.8) HYPERLINK l bookmark22 o Current Document BC1 BCBDx 2式中，V為電位降，l為滑線臂長，P為單位滑線長之電阻。因為VAC = VADVBC = VBD所以有Il P = RI(2.7 .9)1 AC1 2I(2.7.10

6、)或 R =二=R(2-7 -11)AC11lBCP = R式(2.7.9)式(2.7.10)R l-r = acRxlBC式中1“、1“ 、虬均可直接從儀器上讀出，由此可以計算出，其倒瓠即為待測導體 BC AC 1xx的電導G。如果是采用學生型電位計右半部分作為電橋即學生型電橋)，其原理如圖(2.7.2)所示。主要部分是一個電阻為 10Q的均勻金屬絲LH,E+點在LH上可滑動接觸點，滑線LH分有1000刻度，旋動B可讀出與LE+相應的刻度，設計刻度為A，于是可計算出LE+/HE+之比值，亦即(2.7.12)為了測定更精確，可以將接觸點由舊移至ULH，H與H之間、L與L之間各有一個45Q 的電

7、阻，在電橋平衡時(2.7.13)4500 + A R x 5500 - A 1這樣靈敏度提高10倍。(3)摩爾電導率、電離度及電離常數(shù)：摩爾電導率(molar conductivity)是指把含1mo1電解 質(zhì)的溶液全部置于相距為 1m的兩電極間，這時所具有的電導，這時用表示。此時，溶液m的摩爾電導率(2.7.14)A =kVmmVm1mo1解質(zhì)溶液的體積，單位是n3.mo1-1。若溶液的濃度為c (mol-m-3)，則(2.7.15).kA =kV =m m c溶液的儒其單位為S-m2-mo1-1o Am隨溶液濃度而改變，溶液越稀，儒越大。因為當溶液 無限稀釋時，電解質(zhì)分子全部電離，此時，摩

8、爾電導率最大，這一最大值稱為極限摩爾電導 率，以A表示之。人皿要小于A，弱電解質(zhì)溶液AmAmg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mAa=AT(2.7.16)m1-1型電解質(zhì)在溶液中建立平衡時AB = A + + B -設未離解時AB的濃度為c，其電離度為a，則平衡時9廣。(17)(2.7.17)ABCa = C =a c(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)mA 3Kc =A 3(A 3 A )(2.7.20)在實驗中如能測出不同濃辱時的電導，再由電導求出摩爾電導率，并從文獻查冊廣, 則可根據(jù)(2.7.20)式計算弱電解質(zhì)的電離常數(shù)。m濃

9、度對電導的影響:科爾勞烏施(Kohlrausch)根據(jù)實驗結果發(fā)現(xiàn)，在濃度極稀時強電解質(zhì)的Am與據(jù)幾乎成線性關系A =A 8(1-c)(2.7.21)式中。在一定溫度下，對于一定的電解質(zhì)和溶劑來說是一個常數(shù)。但對于電解質(zhì)來說，女CH3COOH、NH4OH等，直到溶液稀釋至),005mol-L-1時，摩爾電 導率Am與vc仍然不成線性關系。3儀器藥品學生型電位計(或其它電橋裝置)1臺壓觸電鍵1個蜂鳴器(或示波器)1臺電阻箱1個雙刀開關1個直流電源(根據(jù)配套要求，有的需要交流電源伯黑電極1對20mL移液管5個電導池管5個恒溫水浴1套電導水：0.0200moldm-3KCl;0.1000molL-1

10、、0.0500molL-1、0.0250molL-1、0.0125molL-1CH3COOH。4實驗步驟(1 )連接線路：在閱讀并熟悉測電導原理的前提下，對用學生型電位差計作電橋裝置者 可按圖2.7.2所示方法連接。對用其它電橋裝置的可按圖2.7.1所示原理圖連接(采用示波器和 采用耳機作為平衡零點指示器時，在線路連接具體操作上稍有區(qū)別，但基本原理是一樣的精品文檔經(jīng)指導教師檢查后可開始實驗。（2）溫度控制：在連接線路的同時，調(diào)節(jié)恒溫水浴至98.20.1K。洗凈5個電導池管，并 烘干。（3）電導池常數(shù)Kcell的測定：取一個烘干涼下來的電導池管放入298.2K恒溫槽中。用 0.0200molL

11、-1KCl溶液沖洗20mL移液管和伯黑電極2次3次。然后用20mL移液管吸取 40mL0.020 0mol-L-1KCl溶液放入電導池中，插入伯黑電極并接上電路，使液面超過電極1cm 2cm。恒溫15min后測該溶液的電阻Rxo合上雙刀開關，蜂鳴器發(fā)生嗡嗡聲后，旋轉圓盤使指針指于500；調(diào)節(jié)電阻箱，斷續(xù)壓下 壓觸電鍵，當耳機聲音很小后，再來調(diào)節(jié)旋盤使耳機直到?jīng)]有聲音為止。記下此時電阻箱的 電阻日和旋盤上A的刻度。此操作可重復2次3次。（4）不同濃度CH3COOH溶液電導率的測定：可以用容量瓶和移液管事先把0.1000molL-1CH3COOH以電導水分別稀釋成）.05500molL-1、0.0

12、250molL-1 和0.0125molL-1 不同濃度的溶液備用。也可以邊測定邊稀釋見后）。取出上述實驗用的伯黑電極，用電導水沖洗干凈，再用）.1000molL-1CH3CO0H溶液洗3 次。另取一干凈電導池管浸入恒溫槽，用移液管移取0 mL0.1000mol-L-1KCl溶液注入電導池 管（移液管應先用0.1000molL-1KC3次），放入電極，保持液面超過電極Icm2cm，恒溫 15min，按上法測其電阻Rx，并重復測定2次3次。按同樣方法測定0.0500mol-L-1 （將0.1000molL-1CH3COOH取出一半，加入等量電導水， 以下類推）、0.0250molL-1 和0.0

13、125molL1CH3 COOH的電阻。實驗完畢，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，關掉開關，整理好儀器。（本實驗如用示波器代替蜂鳴器，同學們應首先在指導教師指導下，熟悉示波器的原理、 應用和操作方法，然后對上述實驗步驟略作改動。）5數(shù)據(jù)處理電導池常數(shù)Kcell測定數(shù)據(jù)室溫：K實驗溫度:K大氣壓Pa電阻Rx(Q)電導池常數(shù)（m-1）CHfOOH溶液的電離常數(shù)測定數(shù)據(jù)CH3COOH (mol-L-1)次數(shù)Rx(Q)電導率K摩爾電導率(Q-1.m-1) Am(S.m2.mol-1)電離度a電離常數(shù)Kc0.10001210.05002120.0250

14、0.0125Kc 平=由實驗步驟(3)的測量數(shù)據(jù)，用式(2.7.12)(其中R1為變阻箱的讀數(shù)，A為轉動旋盤的讀數(shù)計算0.0200mol-L-摘自化學便覽基礎編II，1055(1966)。6 注意事項 溫度對電導的影響較大，所以在整個實驗過程中必須保證在同一溫度下進行，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間后再進行測定。KCl溶液的電導G，并由式(2.7.6)計算電導池+常數(shù)，Kcell值取幾次測量 平均值(KCl溶液的k值請查本書W附錄)。實驗步驟(4)的測量數(shù)據(jù)，用式(2.7.2)計算不同濃度CH3COOH溶液的電導G,并由 式(2.7.6)和式(2.7.5)計算各個不同

15、濃度下CH3COOH的電導率和摩爾電導率。已知醋酸溶液在298K無限稀釋時的摩爾電導率Am =0.0390Sm本實驗核心是電極，由于伯黑玻璃電極極易損壞，在實驗中，尤其是在沖洗時注意不！ 要碰損伯黑或電極其它部位，用畢后及時將電極洗凈并浸泡在蒸餾水中。 伯黑電極的制備和使用:為了預防可能發(fā)生的極化，電極表面應鍍以細微的伯粒伯黑)。 鍍伯黑線路如圖2.7.3,先把滑線電阻放在最小，然后慢慢增大直到電極附近放出氣泡為止。 每分鐘改變電流方向一次，直至電極表面鍍上一層薄薄的伯黑為止。然后用蒸餾水仔細沖洗， 再在稀H2SO4(10%)溶液中電解幾分鐘，此時以伯黑電極為陰極，另取伯絲為陽極，目的是把 吸

16、附在伯黑電極上的氯還原為H Cl后溶于水中，鍍完后再用蒸餾水沖洗。多次用過的伯黑.mol-1，利用式 (2.7.16)計算在各個不同濃度時的電離度a。利用式(2.7.19)或式(2.7.20)計算各個醋酸濃度時的電離常數(shù)Kc，取其平均值，并與文 獻值比較，計算其相對誤差：文獻值Kc=1.772x10-電極，在使用中如果發(fā)現(xiàn)不正常，可浸入10%的HNO3或HCl中2min，然后用蒸餾水沖洗 再行測量，如情況并無改善，則伯黑必須重新電鍍。鍍前先將伯黑電極在王水中電解數(shù)分鐘， 每分鐘改變電流方向一次，伯黑即行溶解。伯先恢復光亮，用鉻酸鉀和濃i2so4的混合溶液 浸洗，使其徹底潔凈，再用蒸餾水沖洗，即可鍍上伯黑。使用伯黑電$極時必須小心，不能用 手或其它物品接觸伯黑以免脫落。用完后浸入蒸餾水中。)。以醋酸溶液的摩爾電導率Am對醋酸濃度的平方根據(jù)作圖。結果要求及文獻值結果要求：298.2K時CH3COOH電離常數(shù)Kc應在1.700 x10-5 1.800 x10-5范圍內(nèi)。所列表、ch3cooh的云 圖要規(guī)范。文獻值：不同溫度時CH/OOH的電離平衡常數(shù)如下：溫度(K)278.2288.2298.2308.2323.2Kc*1051.6981.7461.7541.7301.630在測定過程中，應避免連續(xù)長時間使壓觸電鍵處于接觸狀態(tài)，尤其當耳機聲音較大