实验七电导和弱电解质电离平衡常数的测定14页精选文档.docx

实验七电导和弱电解质电离平衡常数的测定14页精选文档.docx

《实验七电导和弱电解质电离平衡常数的测定14页精选文档.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验七电导和弱电解质电离平衡常数的测定14页精选文档.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验七电导和弱电解质电离平衡常数的测定14页精选文档

2.2电化学部分

实验七电导与弱电解质电离平衡常数的测定

1目的要求

（1）了解溶液电导、电导率、摩尔电导率等基本概念。

（2）掌握用电桥法测量溶液电导的原理和方法。

（3）测定溶液的电导，了解浓度对弱电解质电导的影响，测定弱电解质的电离平衡常数。

2基本原理

（1）电导、电导率与电导池常数：

导体可分为两类：

一类是金属导体，它的导电性是自由电子定向运动的结果；另一类则是电（解质导体，如酸、碱、盐等电解质溶液，其导电性则是离子定向运动的结果。

对于金属导体.，其导电能力的大小通常以电阻R（resistance）表示，而对于电解质溶液的导电能力则常以电导G（electricconductance）表示。

溶液本身的电阻R和电导G的关系为：

（2.7.1）

由欧姆定律（Ohm′slaw）

（2.7.2）

则有

（2.7.3）

式中，I为通过导体的电流，U为外加电压。

电阻的单位为欧姆，用Ω表示。

电导的单位为西门子（Siemens），用S或Ω-1表示。

导体的电阻R与其长度l成正比，而与其截面积A成反比。

（2.7.4）

式中，ρ是比例常数，表示在国际单位制（SI）中长1m，截面积为1m2导体所具有的电阻，称为电阻率（resistivity），单位是1m2。

由式（2.7.4）取倒数，并令κ=1/ρ可得

（2.7.5）

κ称为电导率（eletrolyticconductivity），也是比例常数，表示长1m，截面积为1m2导体的电导。

对溶液来说，它表示电极面积为1m2，两极距离为1m时溶液的电导。

单位为Ω-1·m-1或S·m-1。

对于某一电导池,用来测定的电极往往是成品电极，两极之间的距离l和电流通过电解质时镀有铂黑的电极面积A是固定的，即l／A是固定的，称l／A为电导池常数，以Kcell表示，单位是m-1。

则式（2.7.5）可表示为:

（2.7.6）

虽然l和A是固定的，但很难直接准确测量。

因此，通常是把已知电导率的溶液（常用一定浓度的KCl溶液）注入电导池，用平衡电桥法测其电导G，则可求出电导池常数。

Kcell已知后，用相同的方法和同一电导池来测未知溶液的电导。

（2）电导的测定：

电导的测定在实验中实际上是测定电阻。

随着实验技术的不断发展，目前已有不少测定电导和电导率的成品仪器，这些仪器可把测出的电阻值换算成电导值在仪器上反映出来。

如果是用配套固定的电极，可直接反映出电导率值。

但其测量原理都是一样的，和物理学上测电阻用的韦斯顿（Wheatstone）电桥类似。

测量导体的电导是以补偿法为基础的，即将一未知电阻与一已知电阻相比较的方法，求得导体对电流的电阻值。

其原理如图（2.7.1）所示。

图2.7.1补偿法原理线路图2.7.2学生型电位差计测电阻时线路图

1振荡器2电键3电导池4耳机5电阻箱

AB是均匀滑线电阻，沿滑线AB移动接触点c，找出当零点指示仪器指示无电流通过时，即D、C两点电位相等，因此AD区域间的电位降应等于AC区域间的电位降；同样，BD和BC区域间的电位降亦相等。

自电源出来的电流强度为I，在A点电流分为二支，设沿ACB电路电流强度为I1，沿ADB电路电流强度为I2，此时

（2.7.7）

（2.7.8）

式中，V为电位降，l为滑线臂长，P为单位滑线长之电阻。

因为

所以有（2.7.9）

（2.7.10）

式（2.7.9）÷式（2.7.10）

或（2.7.11）

式中lBC、lAC、R1均可直接从仪器上读出，由此可以计算出Rx，其倒数Rx即为待测导体的电导G。

如果是采用学生型电位计右半部分作为电桥（即学生型电桥），其原理如图（2.7.2）所示。

主要部分是一个电阻为10Ω的均匀金属丝LH,E+点在LH上可滑动接触点，滑线LH分有1000刻度，旋动B可读出与LE+相应的刻度，设计刻度为A，于是可计算出LE+/HE+之比值，亦即

（2.7.12）

为了测定更精确，可以将接触点由LH移到L′H′，H与H′之间、L与L′之间各有一个45Ω的电阻，在电桥平衡时

（2.7.13）

这样灵敏度提高10倍。

（3）摩尔电导率、电离度及电离常数：

摩尔电导率（molarconductivity）是指把含1mol电解质的溶液全部置于相距为1m的两电极间，这时所具有的电导，这时用Λm表示。

此时，溶液的摩尔电导率

（2.7.14）

Vm是1mol电解质溶液的体积，单位是m3·mol-1。

若溶液的浓度为c（mol·m-3），则

（2.7.15）

溶液的Λm其单位为S·m2·mol-1。

Λm随溶液浓度而改变，溶液越稀，Λm越大。

因为当溶液无限稀释时，电解质分子全部电离，此时，摩尔电导率最大，这一最大值称为极限摩尔电导率，以Λm∞表示之。

Λm要小于Λm∞，弱电解质溶液Λm与Λm∞之比象征着电解质的电离程度或称其为电离度，以α表示之，即

（2.7.16）

1-1型电解质在溶液中建立平衡时

设未离解时AB的浓度为c，其电离度为α，则平衡时

（2.7.17）

（2.7.18）

根据质量作用定律,AB电离常数为

（2.7.19）

对弱电解质

（2.7.20）

在实验中如能测出不同浓度c时的电导，再由电导求出摩尔电导率，并从文献查出Λm∞，则可根据（2.7.20）式计算弱电解质的电离常数。

（4）浓度对电导的影响:

科尔劳乌施（Kohlrausch）根据实验结果发现，在浓度极稀时强电解质的Λm与几乎成线性关系

（2.7.21）

式中β在一定温度下，对于一定的电解质和溶剂来说是一个常数。

但对于电解质来说，如CH3COOH、NH4OH等，直到溶液稀释至0.005mol·L-1时，摩尔电导率Λm与仍然不成线性关系。

3仪器药品

学生型电位计（或其它电桥装置）1台

压触电键1个

蜂鸣器（或示波器）1台

电阻箱1个

双刀开关1个

直流电源（根据配套要求，有的需要交流电源）

铂黑电极1对

20mL移液管5个

电导池管5个

恒温水浴1套

电导水：

0.0200mol·dm-3KCl;0.1000mol·L-1、0.0500mol·L-1、0.0250mol·L-1、0.0125mol·L-1CH3COOH。

4实验步骤

（1）连接线路：

在阅读并熟悉测电导原理的前提下，对用学生型电位差计作电桥装置者可按图2.7.2所示方法连接。

对用其它电桥装置的可按图2.7.1所示原理图连接（采用示波器和采用耳机作为平衡零点指示器时，在线路连接具体操作上稍有区别，但基本原理是一样的）。

经指导教师检查后可开始实验。

（2）温度控制：

在连接线路的同时，调节恒温水浴至298.2±0.1K。

洗净5个电导池管，并烘干。

（3）电导池常数Kcell的测定：

取一个烘干凉下来的电导池管放入298.2K恒温槽中。

用0.0200mol·L-1KCl溶液冲洗20mL移液管和铂黑电极2次～3次。

然后用20mL移液管吸取40mL0.0200mol·L-1KCl溶液放入电导池中，插入铂黑电极并接上电路，使液面超过电极1cm～2cm。

恒温15min后测该溶液的电阻Rx。

合上双刀开关，蜂鸣器发生嗡嗡声后，旋转圆盘使指针指于500；调节电阻箱，断续压下压触电键，当耳机声音很小后，再来调节旋盘使耳机直到没有声音为止。

记下此时电阻箱的电阻R和旋盘上A的刻度。

此操作可重复2次～3次。

（4）不同浓度CH3COOH溶液电导率的测定：

可以用容量瓶和移液管事先把0.1000mol·L-1CH3COOH以电导水分别稀释成0.05500mol·L-1、0.0250mol·L-1和0.0125mol·L-1不同浓度的溶液备用。

也可以边测定边稀释（见后）。

取出上述实验用的铂黑电极，用电导水冲洗干净，再用0.1000mol·L-1CH3CO0H溶液洗3次。

另取一干净电导池管浸入恒温槽，用移液管移取40mL0.1000mol·L-1KCl溶液注入电导池管（移液管应先用0.1000mol·L-1KCl洗3次），放入电极，保持液面超过电极1cm～2cm，恒温15min，按上法测其电阻Rx，并重复测定2次～3次。

按同样方法测定0.0500mol·L-1（将0.1000mol·L-1CH3COOH取出一半，加入等量电导水，以下类推）、0.0250mol·L-1和0.0125mol·L-1CH3COOH的电阻。

实验完毕，倒出CH3COOH溶液，将电极用蒸馏水冲洗后浸入蒸馏水中，洗净所有用过的玻璃仪器，关掉开关，整理好仪器。

（本实验如用示波器代替蜂鸣器，同学们应首先在指导教师指导下，熟悉示波器的原理、应用和操作方法，然后对上述实验步骤略作改动。

）

5数据处理

电导池常数Kcell测定数据

室温：

___K实验温度：

___K大气压___Pa

电阻Rx（Ω）

电导池常数（m-1）

CH3COOH溶液的电离常数测定数据

CH3COOH

（mol·L-1）

次数

Rx（Ω）

电导率κ

（Ω-1.m-1）

摩尔电导率Λm（S.m2.mol-1）

电离度α

电离常数Kc

0.1000

1

2

0.0500

1

2

0.0250

1

2

0.0125

1

2

Kc平=

（1）由实验步骤（3）的测量数据，用式（2.7.12）（其中R1为变阻箱的读数，A为转动旋盘的读数计算0.0200mol·L-1KCl溶液的电导G，并由式（2.7.6）计算电导池+常数，Kcell值取几次测量平均值（KCl溶液的к值请查本书Ⅳ附录）。

（2）实验步骤（4）的测量数据，用式（2.7.2）计算不同浓度CH3COOH溶液的电导G，并由式（2.7.6）和式（2.7.5）计算各个不同浓度下CH3COOH的电导率和摩尔电导率。

（3）已知醋酸溶液在298K无限稀释时的摩尔电导率Λm∞=0.0390S·m2·mol-1，利用式（2.7.16）计算在各个不同浓度时的电离度α。

（4）利用式（2.7.19）或式（2.7.20）计算各个醋酸浓度时的电离常数Kc，取其平均值，并与文献值比较，计算其相对误差（文献值Kc=1.772×10-5）。

（5）以醋酸溶液的摩尔电导率Λm对醋酸浓度的平方根作图。

（6）结果要求及文献值

结果要求：

298.2K时CH3COOH电离常数Kc应在1.700×10-5～1.800×10-5范围内。

所列表、CH3COOH的～图要规范。

文献值：

不同温度时CH3COOH的电离平衡常数如下：

温度（K）278.2288.2298.2308.2323.2

Kc*1051.6981.7461.7541.7301.630

摘自《化学便览》基础编Ⅱ，1055（1966）。

6注意事项

（1）温度对电导的影响较大，所以在整个实验过程中必须保证在同一温度下进行，恒温槽温度控制尤其值得注意。

并保持换溶液后恒温足够时间后再进行测定。

（2）本实验核心是电极，由于铂黑玻璃电极极易损坏，在实验中，尤其是在冲洗时注意不!

要碰损铂黑或电极其它部位，用毕后及时将电极洗净并浸泡在蒸馏水中。

铂黑电极的制备和使用：

为了预防可能发生