實(shí)驗(yàn)六電導(dǎo)法測(cè)弱電解質(zhì)HAc地電離平衡常數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)六：電導(dǎo)法測(cè)弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握惠斯登電橋法測(cè)定電導(dǎo)的原理。2、學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的操作技術(shù)。學(xué)會(huì)圖解法求算解離度，了解電導(dǎo)測(cè)定的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理:電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力由電導(dǎo) G來量度，它是電阻的倒數(shù)，即:電導(dǎo)的單位是“西門子”，符號(hào)為“ S”，L 。將電解質(zhì)溶液放入兩平行電極之間，若兩電極距離為I ,電極面積為A,則溶液的電導(dǎo)為:G=£I式中搭電導(dǎo)率，其物理意義是 I =1m A=im時(shí)溶液的電導(dǎo)，其單位為 S- m1。定義電導(dǎo)池系數(shù)通常將一個(gè)電導(dǎo)率已知的電解質(zhì)溶液注入電導(dǎo)池中,測(cè)其電導(dǎo)，根據(jù)上式即可求出 Kcell 。在研究電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力時(shí)，經(jīng)常使用摩

2、爾電導(dǎo)率式中c為電解質(zhì)溶液的濃度，譏的單位是：S - mi - mol-1。對(duì)于弱電解質(zhì)（例如醋酸）來說，由于其電導(dǎo)率很小，所以測(cè)得的溶液的電導(dǎo)率應(yīng)包括水 的電導(dǎo)率，即擁容液）之（日加）+広（HQ電解質(zhì)溶液是由正、負(fù)離子的遷移來傳遞電流的，在弱電解質(zhì)溶液中，只有解離部分的是正、離子才對(duì)電導(dǎo)有貢獻(xiàn)，而在無限稀釋的溶液中，電解質(zhì)全部解離，其摩爾電導(dǎo)率負(fù)離子的極限摩爾電導(dǎo)率r之和。即I -可查表得到。式中V +, V -分別為正、負(fù)離子的化學(xué)計(jì)量數(shù),與丄J之間的關(guān)系可表丄與二；的差別來自兩個(gè)因素，一是電解質(zhì)的不完全電離，二是離子間的相互作用。若溶液中離子濃度很低，彼此相隔較遠(yuǎn)，相互作用力可以忽略，則

3、示為：式中a為弱電解質(zhì)的解離度。醋酸在水溶液中有下列平衡：其解離平衡常數(shù)為-HAcH+ + Ac亍 c一（推導(dǎo)）將a代入上式整理可得此式稱為奧斯特瓦爾德（Ostwald ）稀釋定律。改寫成線性方程為:以'.對(duì)二作圖得一直線，斜率為截距為,由此可求得兒-和乙亠（推導(dǎo)）：橙=（截距）7斜率，4： = -斜率/截距整理可得：窈二斜率/（龍電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)通常利用惠斯登（Wheatston ）電橋測(cè)量，但測(cè)量時(shí)不能用直流電源，因直流電流通過溶液時(shí)，導(dǎo) 致電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，不但使電極附近溶液的濃度改變引起濃 差極化，還會(huì)改變兩極的本質(zhì)。因此必須采用較高頻率的交 流電，其頻率通常選為 1000Hz。

4、另外，構(gòu)成電導(dǎo)池的兩極B采用惰性鉑電極，以免電極與溶液間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。圖3-1惠斯登電橋R、R2和R3是三個(gè)可變交惠斯登電橋的線路如圖8-1所示，其中S為交流信號(hào)發(fā)生器,流變阻箱的阻值，R為待測(cè)溶液的阻值，H為耳機(jī)（或示波器）， C為在F3上并聯(lián)的可變電容器，以實(shí)現(xiàn)容抗平衡。測(cè)定時(shí)，調(diào)節(jié)R、艮、R3和G,使H中無電流通過，此時(shí)電橋達(dá)到了平衡。則有：RX的倒數(shù)即為溶液的電導(dǎo)，即由于溫度對(duì)溶液的電導(dǎo)有影響，因此實(shí)驗(yàn)應(yīng)在恒溫條件下進(jìn)行。K =£本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定 0.02mol 1廠KCI溶液的電阻，求得電導(dǎo)池系數(shù)" 通過測(cè)定水、 醋酸溶液的電導(dǎo) G分別求出其電導(dǎo)率r（HAc）二英（

5、溶液）-芷（HQ）和仏二一沖根據(jù)兩式計(jì)算出各濃度醋酸溶液的，最后二幾對(duì)二作圖求岀以三、儀器與藥品交流信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)恒溫槽1臺(tái)（圖）示波器1臺(tái)（圖）可變電阻箱1個(gè)（圖）電導(dǎo)電極1個(gè)（圖）電導(dǎo)池1個(gè)（圖）10mL移液管2支0.02 mol dm-3氯化鉀溶液、0.1 mol dm-3乙酸溶液、電導(dǎo)水四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按8-1圖連接好惠斯登電橋測(cè)量線路，調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至25 C。2、 測(cè)定電導(dǎo)水的電導(dǎo)。依次用蒸餾水、電導(dǎo)水洗電極及電導(dǎo)池各三次，在電導(dǎo)池中裝入 電導(dǎo)水，水面高度應(yīng)高于電極鉑片 2mm以上，放入恒溫槽中恒溫后，測(cè)定其電阻。 然后更換 電導(dǎo)水，再測(cè)定兩次，取其平均值 二 。3、測(cè)定醋酸溶液的

6、電導(dǎo)。取 20mL 0.1 mol dm3醋酸溶液注入電導(dǎo)池中，測(cè)定其電阻。用移液管從電導(dǎo)池中吸出 10mL溶液棄去，用另一支移液管取 10mL電導(dǎo)水注入電導(dǎo)池中，混合均勻，待溫度恒定后，測(cè)量其電阻，如此操作，共稀釋4次，即分別測(cè)定0.1 > 0.05、0.025、 0.0125、0.00625 mol dm3五個(gè)濃度溶液的電阻 R。4、 測(cè)定電導(dǎo)池系數(shù)。按 2中所述方法測(cè)定0.02 mol dm3的KCI溶液的電阻，重復(fù)測(cè)定三次，取其平均值。已知25 C時(shí)0.02 mol dm3的KCI溶液的電導(dǎo)k (KCI)=0.2765S m1。5、將上述測(cè)量數(shù)據(jù)及處理結(jié)果記錄于下表中。氣壓 室溫

7、實(shí)驗(yàn)溫度次數(shù)3皿0)KC1123H2O123認(rèn) 溶液 (H+) =S m3 mol'1 忑(AL)二S m2 md'1否(HAQ =S molc/mol dm"0 10 050,0250.01250.0025RgGiSr/S m'1Aj/S ma mpP1c解離度三4 J_6、以 對(duì)作圖，由直線的斜率計(jì)算、。已知25 C時(shí) '、二 =349.82 X 10-4S - vm mol-1 ,、；-'= 40.9 x 10-4 S vm mol-1。計(jì)算出 “二:，并與作圖法得到的厶相比較?！緦?shí)驗(yàn)關(guān)鍵提示】1. 利用惠斯登電橋測(cè)定溶液的電導(dǎo)， 關(guān)鍵是

8、找到電橋的平衡點(diǎn)，一般測(cè)量步驟是，先選擇R2/R=1 （理論上講，此時(shí)所得到的結(jié)果的誤差最?。?，再調(diào)節(jié)R3使通過示波器 H的信號(hào)最小。但在測(cè)量電導(dǎo)水時(shí)，由于 RX較大，可選擇R2/R=10或R/R=100。2. 對(duì)交流信號(hào)來說，電導(dǎo)池 R的兩個(gè)電極相當(dāng)于一個(gè)電容器，這一結(jié)果使電橋兩支線 的位相不同，因而找不到示波器 H中信號(hào)完全消失的位置，對(duì)于精確的測(cè)量，需要在電阻 R3上并聯(lián)一個(gè)可變電容器 C,以實(shí)現(xiàn)容抗平衡。另外，為避免外來電磁波的干擾，最好使用 屏蔽導(dǎo)線，接線柱的裸露部分盡量縮短。3. 由于溫度變化會(huì)影響電導(dǎo)，一般在室溫下溫度升高1oC,電導(dǎo)將增加2%,因此測(cè)量時(shí)應(yīng)注意保持恒溫，待測(cè)液一

9、般需恒溫10 min。4. 本實(shí)驗(yàn)所測(cè)定的醋酸溶液及電導(dǎo)水的電導(dǎo)率都是很小的，若其中有微量的雜質(zhì)會(huì)引起很大的實(shí)驗(yàn)誤差，因此實(shí)驗(yàn)過程中必須保持樣品的純度，石英蒸餾器制備的二次蒸餾水的電導(dǎo)率應(yīng)小于1 x 10-4 S m1，測(cè)量樣品的步驟遵循電導(dǎo)率由小到大的先后順序，測(cè)量時(shí)電導(dǎo) 池和電導(dǎo)電極要用待測(cè)液洗干凈。5 .本實(shí)驗(yàn)所用電導(dǎo)電極是鍍鉑黑的鉑電極， 鍍鉑黑的目的是為了增大電極的表面積，減小電流密度，從而降低由電流引起的極化效應(yīng)， 因此在實(shí)驗(yàn)過程中不要用濾紙擦拭鉑黑，以免使鉑黑脫落而改變電導(dǎo)池系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用蒸餾水沖洗電極，最后浸泡在蒸餾水中。【討論】電導(dǎo)測(cè)定不僅有助于研究電解質(zhì)溶液的特性，也

10、可直接用來解決一些化學(xué)問題，諸如計(jì)算水的離子積，難溶鹽的溶解度和弱電解質(zhì)的解離度等。對(duì)于這些濃度極低的體系，一般的分析方法難以精確測(cè)定。然而，正是由于濃度低，離子間的相互作用可以忽略，才有Am_' 一式成立，這便為電導(dǎo)法解決問題提供了方便。根據(jù)可得:對(duì)于強(qiáng)電解質(zhì)（如 AgCI、PbSQ等）溶液,a = 1，通過；和可以計(jì)算出其溶解度a。其中可以查表得c；對(duì)于弱電解質(zhì)（如 HAc等），通過；:和c可以計(jì)算出解離度到，因此電導(dǎo)法解決這類問題最終歸結(jié)為電導(dǎo)率；的精確測(cè)定。電解質(zhì)溶液屬于離子導(dǎo)體，其電阻同電子導(dǎo)體（如金屬、石墨等）一樣，也服從歐姆定 律和R = pL-（推導(dǎo)）式，因此兩者測(cè)量電

11、阻的原理和方法相同，即可以利用惠斯登電橋。所不同的是，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理是由正、 負(fù)離子共同承擔(dān)的， 導(dǎo)電過程中在兩電極上總是 伴隨著電化學(xué)反應(yīng)， 這種特殊性導(dǎo)致在測(cè)量技術(shù)上需做如下三點(diǎn)改變：（1）使用交流電源；（2 ）因采用交流電源，所以不能用直流檢流器，而改用示波器或耳機(jī)；（3）需補(bǔ)償電導(dǎo)池的電容。為防止電導(dǎo)池中溶液濃度改變而產(chǎn)生極化，交流電源的頻率應(yīng)高一些。但是另一方面，由于電阻箱（R，R, R0存在電感和電容，電導(dǎo)池也有電容，因此在使用高頻交流信號(hào)時(shí)，N - A電橋平衡條件應(yīng)當(dāng)是:& _盡場(chǎng)西仍然成立。綜合以上因素，交對(duì)電導(dǎo)率大的溶液， 應(yīng)選擇電導(dǎo)池系6 厶式中Z是阻抗（包括

12、電阻、電容和電感），若交流信號(hào)的 頻率不太高，則電感和電容的影響可以忽略，此時(shí) 流信號(hào)的頻率一般選擇在 1000Hz左右。電導(dǎo)電極的選用應(yīng)根據(jù)被測(cè)溶液電導(dǎo)率的大小而定, 數(shù)大的電極；反之，則選擇電導(dǎo)池系數(shù)小的電極。本實(shí)驗(yàn)的示零裝置采用示波器，其靈敏度高而且很直觀，但常受到外來電磁波的干擾，若采用低阻值的耳機(jī)則可避免這種干擾，但靈敏度不高，且克服不了測(cè)量過程中的人為因素。應(yīng)用電導(dǎo)法測(cè)量可以解決多種實(shí)際問題，它是電化學(xué)測(cè)量技術(shù)中最基本的方法之一，由于具有準(zhǔn)確、快速的優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用，如水質(zhì)的檢驗(yàn)、電導(dǎo)滴定、通過測(cè) 定電導(dǎo)確定工業(yè)用水的含鹽量以及增大溶液的電導(dǎo)使電解時(shí)能耗降低等等。近

13、年來，由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，已出現(xiàn)許多測(cè)定電導(dǎo)率的專用儀器，它是把測(cè)出的電阻值換算成電導(dǎo)率直接顯示在儀器上，其測(cè)量原理與惠斯登電橋類似。通過本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)希望同學(xué)們能夠掌握這 種方法，并學(xué)會(huì)運(yùn)用電導(dǎo)知識(shí)分析電解質(zhì)溶液的一些性能。25°C時(shí)醋酸解離平衡常數(shù)的文獻(xiàn)值為= 1.754 x 10-5，同學(xué)們將計(jì)算結(jié)果與此比較，分析產(chǎn)生誤差的原因，并對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝 置的測(cè)量精度作出評(píng)價(jià)?！舅伎碱}】能否通過測(cè)量電極間的距離和極板面積來求得電導(dǎo)池系數(shù)？應(yīng)如何得到電導(dǎo)池系數(shù)？答：不能通過測(cè)量電極間的距離和極板面積來求算電導(dǎo)池系數(shù)。因?yàn)闃O板鍍鉑黑，表面凸凹不平，其面積不可能通過幾何測(cè)量算準(zhǔn)。 可以通過測(cè)量已

14、知電導(dǎo)率的 KCl溶液的電導(dǎo)算出。（2）測(cè)電導(dǎo)時(shí)為什么要恒溫？實(shí)驗(yàn)中測(cè)電導(dǎo)池系數(shù)和溶液電導(dǎo)時(shí)，溫度是否要一致？答：因?yàn)殡妼?dǎo)與溫度有關(guān)， 所以測(cè)量時(shí)要在恒溫條件下進(jìn)行。測(cè)量蒸餾水和測(cè)量醋酸溶液的電導(dǎo)，兩者的溫度應(yīng)保持一致。而測(cè)量電導(dǎo)池系數(shù)（用KCl溶液）的溫度可以與醋酸溶液 不同，因?yàn)殡妼?dǎo)池系數(shù)與溫度無關(guān)，只要使 KCl 溶液的電導(dǎo)率與溫度對(duì)應(yīng)即可。（3）實(shí)驗(yàn)中為什么要用鉑黑電極？使用時(shí)應(yīng)注意什么？答： 鍍鉑黑的目的是為了增大電極的表面積， 減小電流密度， 從而降低由交流電引起的極 化效應(yīng)。但使用時(shí)要注意，不要用濾紙擦試鉑黑， 以免使鉑黑脫落而改變電導(dǎo)池系數(shù)。 實(shí)驗(yàn) 結(jié)束后，用蒸餾水沖洗電極，并

15、浸泡在蒸餾水中。（4）測(cè)定溶液的電導(dǎo)為什么要用交流電橋？能否用直流電橋？ 答：測(cè)量溶液的電導(dǎo)不能用直流電源， 因?yàn)橹绷麟娡ㄟ^溶液時(shí)， 由于電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生， 不但使電極附近溶液的濃度改變而引起濃差極化， 還會(huì)改變電極的本質(zhì)。 因此必須采用交流 電源，使交流電前半周在電極上產(chǎn)生的變化在后半周得以抵消。實(shí)驗(yàn)八電導(dǎo)法測(cè)定弱電解質(zhì)的解離平衡常數(shù)姓名：學(xué)號(hào)：地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)日期： 室溫：氣壓：、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)操作1 寫出實(shí)驗(yàn)所用的儀器和藥品。2 .寫出實(shí)驗(yàn)操作步驟。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1.記錄KCI溶液的電導(dǎo)（或電阻）；查表得 KCI溶液的電導(dǎo)率k = S- m1。計(jì)算電導(dǎo)池系數(shù) K:ell。2 .記錄電導(dǎo)水的電導(dǎo)（或電阻），計(jì)算其