实验六：电导法测弱电解质HAc的电离平衡常数.doc

实验六：电导法测弱电解质的电离平衡常数、实验目的：1、掌握惠斯登电桥法测定电导的原理。2、学会实验测量的操作技术。3、学会图解法求算解离度，了解电导测定的应用。、实验原理：电解质溶液的导电能力由电导 G来量度，它是电阻的倒数，即:C?=电导的单位是“西门子”，符号为“S”IS = IQ-1将电解质溶液放入两平行电极之间,若两电极距离为I ,电极面积为A,则溶液的电导为:式中瞪电导率，其物理意义是 I =1m A=1ni时溶液的电导，其单位为S m1。定义电导池 系数通常将一个电导率已知的电解质溶液注入电导池中，测其电导，根据上式即可求出 Kcell o在研究电解质溶液的导电能力时，经常使用摩尔电导率,其定义为:式中c为电解质溶液的浓度，丄的单位是：S mi mol-1 o对于弱电解质（例如醋酸）来说，由于其电导率很小，所以测得的溶液的电导率应包括水 的电导率，即农容液）沪英色0）电解质溶液是由正、负离子的迁移来传递电流的，在弱电解质溶液中，只有解离部分的离子才对电导有贡献，而在无限稀释的溶液中，电解质全部解离，其摩尔电导率隘 是正、负离子的极限摩尔电导率之和。即可查表得到。式中v +, v -分别为正、负离子的化学计量数,与的差别来自两个因素，一是电解质的不完全电离，二是离子间的相互作用。若溶液中离子浓度很低，彼此相隔较远，相互作用力可以忽略，则比与劣之间的关系可表示为:（推导）式中a为弱电解质的解离度。醋酸在水溶液中有下列平衡:EAcJT + Ac其解离平衡常数为（推导）代入上式整理可得此式称为奥斯特瓦尔德（Ostwald ）稀释定律。改写成线性方程为:（推导）：作图得一直线，斜率为对以】r，截距为-二,由此可求得砖“截距）斜率.= -斜率/截距整理可得：疋汁斜率/（環y电解质溶液的电导通常利用惠斯登（Wheatston ）电桥测量，但测量时不能用直流电源，因直流电流通过溶液时，导致电化学反应发生，不但使电极附近溶液的浓度改变引起浓差极化，还会改变两极的本质。因此必须采用较高频率的交流电，其频率通常选为1000Hz。另外，构成电导池的两极采用惰性铂电极，以免电极与溶液间发生化学反应。惠斯登电桥的线路如图8-1所示，其中S为交流信号发生器,图8<1恵斯登电桥R、R2和R3是三个可变交流变阻箱的阻值，R为待测溶液的阻值，H为耳机（或示波器）， C为在F3上并联的可变电容器，以实现容抗平衡。测定时，调节R、艮、R3和G,使H中无电流通过，此时电桥达到了平衡。则有：说0 =區即RX的倒数即为溶液的电导，即由于温度对溶液的电导有影响，因此实验应在恒温条件下进行。本实验通过测定 0.02mol畑KCI溶液的电阻，求得电导池系数'山 庁 通过测定水、醋酸溶液的电导 G分别求出其电导率 芝=爲徂&kCHAc） wC溶液）-r（H2O）和 4A根据"两式计算出各浓度醋酸溶液的儿，最后2 A对二作图求出障。以-三、仪器与药品交流信号发生器1台恒温槽1台（图）示波器1台（图）可变电阻箱1个（图）电导电极1个（图）电导池1个（图）10mL移液管2支0.02 mol dm-3氯化钾溶液、0.1 mol dm-3乙酸溶液、电导水四、实验步骤1、按8-1图连接好惠斯登电桥测量线路，调节恒温槽温度至25 C。2、 测定电导水的电导。依次用蒸馏水、电导水洗电极及电导池各三次，在电导池中装入 电导水，水面高度应高于电极铂片 2mm以上，放入恒温槽中恒温后，测定其电阻。 然后更换 电导水，再测定两次，取其平均值 忌 。3、 测定醋酸溶液的电导。取20mL 0.1 mol dm3醋酸溶液注入电导池中，测定其电阻。用移液管从电导池中吸出10mL溶液弃去，用另一支移液管取 10mL电导水注入电导池中，混合均匀，待温度恒定后，测量其电阻，如此操作，共稀释4次，即分别测定0.1 > 0.05、0.025、 0.0125、0.00625 mol dm3五个浓度溶液的电阻R。4、 测定电导池系数。按 2中所述方法测定0.02 mol dm3的KCI溶液的电阻，重复测定三次，取其平均值恳。已知25 C时0.02 mol dm3的KCI溶液的电导 k (KCI)=0.2765S -m1。5、将上述测量数据及处理结果记录于下表中。气压 室温实验温度次数5瓦aG7S血0)KCI123H2O123HAc 裕液S n? mor1畧(Ak) =S n? mol*14；(HAc) =$ molc /mol dm"0.10050.0250.01250.00625RgG/SSd?U/S-m3 mol'1(1如訓$涉111川解离度圧6、以匚亠儿 对比 作图，由直线的斜率计算砖。已知25 C时町 E)= 349.82 X 10-4S- mfmol-1，帶（盘匚）=40.9 x 10-4 S m mol-1。计算出 環AQ，并与作图法得到的 徂也匚）相比较。【实验关键提示】1. 利用惠斯登电桥测定溶液的电导， 关键是找到电桥的平衡点，一般测量步骤是，先选择R2/R=1 （理论上讲，此时所得到的结果的误差最小），再调节R3使通过示波器 H的信号最小。但在测量电导水时，由于 R较大，可选择R2/R=1O或R/R=100。2. 对交流信号来说，电导池 R的两个电极相当于一个电容器，这一结果使电桥两支线 的位相不同，因而找不到示波器 H中信号完全消失的位置，对于精确的测量，需要在电阻 R3上并联一个可变电容器 C,以实现容抗平衡。另外，为避免外来电磁波的干扰，最好使用 屏蔽导线，接线柱的裸露部分尽量缩短。3. 由于温度变化会影响电导，一般在室温下温度升高1oC,电导将增加2%,因此测量时应注意保持恒温，待测液一般需恒温10 min。4. 本实验所测定的醋酸溶液及电导水的电导率都是很小的，若其中有微量的杂质会引起很大的实验误差，因此实验过程中必须保持样品的纯度，石英蒸馏器制备的二次蒸馏水的电导率应小于1 x 10-4 S m1，测量样品的步骤遵循电导率由小到大的先后顺序，测量时电导 池和电导电极要用待测液洗干净。5 .本实验所用电导电极是镀铂黑的铂电极， 镀铂黑的目的是为了增大电极的表面积， 减 小电流密度，从而降低由电流引起的极化效应， 因此在实验过程中不要用滤纸擦拭铂黑， 以 免使铂黑脱落而改变电导池系数。实验结束后，用蒸馏水冲洗电极，最后浸泡在蒸馏水中。【讨论】电导测定不仅有助于研究电解质溶液的特性，也可直接用来解决一些化学问题，诸如计算水的离子积，难溶盐的溶解度和弱电解质的解离度等。对于这些浓度极低的体系，一般的分析方法难以精确测定。然而，正是由于浓度低，离子间的相互作用可以忽略，才有Am 吒 一式成立，这便为电导法解决问题提供了方便。根据心可得：ac -4：对于强电解质（如 AgCI、PbSQ等）溶液，a = 1，通过上 和山 可以计算出其溶解度C;对于弱电解质（如 HAc等），通过K 境 和C可以计算出解离度 a。其中尤 可以查表得 到，因此电导法解决这类问题最终归结为电导率1的精确测定。电解质溶液属于离子导体，其电阻同电子导体（如金属、石墨等）一样，也服从欧姆定 律和R = pi （推导）式，因此两者测量电阻的原理和方法相同，即可以利用惠斯登电桥。所 不同的是，电解质溶液的导电机理是由正、负离子共同承担的， 导电过程中在两电极上总是伴随着电化学反应， 这种特殊性导致在测量技术上需做如下三点改变：（1）使用交流电源；（2 ）因采用交流电源，所以不能用直流检流器，而改用示波器或耳机；（3）需补偿电导池的电容。为防止电导池中溶液浓度改变而产生极化，交流电源的频率应高一些。但是另一方面， 由于电阻箱（R，R, R0存在电感和电容，电导池也有电容，因此在使用高频交流信号时，电桥平衡条件应当是：乙 Z1式中Z是阻抗（包括电阻、电容和电感），若交流信号的场国仍然成立。综合以上因素，交对电导率大的溶液， 应选择电导池系频率不太高，则电感和电容的影响可以忽略，此时流信号的频率一般选择在 1000Hz左右。电导电极的选用应根据被测溶液电导率的大小而定，数大的电极；反之，则选择电导池系数小的电极。本实验的示零装置采用示波器，其灵敏度高而且很直观，但常受到外来电磁波的干扰，若采用低阻值的耳机则可避免这种干扰，但灵敏度不高，且克服不了测量过程中的人为因素。应用电导法测量可以解决多种实际问题，它是电化学测量技术中最基本的方法之一，由于具有准确、快速的优点，所以在实际中得到广泛的应用，如水质的检验、电导滴定、通过测 定电导确定工业用水的含盐量以及增大溶液的电导使电解时能耗降低等等。近年来，由于实验技术的不断发展，已出现许多测定电导率的专用仪器，它是把测出的电阻值换算成电导率直接显示在仪器上，其测量原理与惠斯登电桥类似。通过本实验学习希望同学们能够掌握这 种方法，并学会运用电导知识分析电解质溶液的一些性能。25°C时醋酸解离平衡常数的文献芒5值为“ =1.754 x 10-5，同学们将计算结果与此比较，分析产生误差的原因，并对本实验装 置的测量精度作出评价。【思考题】能否通过测量电极间的距离和极板面积来求得电导池系数？应如何得到电导池系数？答：不能通过测量电极间的距离和极板面积来求算电导池系数。因为极板镀铂黑，表面凸凹不平，其面积不可能通过几何测量算准。 可以通过测量已知电导率的 KCl溶液的电导算出。（2）测电导时为什么要恒温？实验中测电导池系数和溶液电导时，温度是否要一致？答：因为电导与温度有关， 所以测量时要在恒温条件下进行。测量蒸馏水和测量醋酸溶液的电导，两者的温度应保持一致。而测量电导池系数（用KCl溶液）的温度可以与醋酸溶液 不同，因为电导池系数与温度无关，只要使 KCl 溶液的电导率与温度对应即可。（3）实验中为什么要用铂黑电极？使用时应注意什么？答： 镀铂黑的目的是为了增大电极的表面积， 减小电流密度， 从而降低由交流电引起的极 化效应。但使用时要注意，不要用滤纸擦试铂黑， 以免使铂黑脱落而改变电导池系数。 实验 结束后，用蒸馏水冲洗电极，并浸泡在蒸馏水中。（4）测定溶液的电导为什么要用交流电桥？能否用直流电桥？ 答：测量溶液的电导不能用直流电源， 因为直流电通过溶液时， 由于电化学反应的发生， 不但使电极附近溶液的浓度改变而引起浓差极化， 还会改变电极的本质。 因此必须采用交流 电源，使交流电前半周在电极上产生的变化在后半周得以抵消。实验八电导法测定弱电解质的解离平衡常数地点：气压：姓名：学号:实验日期：室温:、实验目的、实验原理三、实验操作1 写出实验所用的仪器和药品。2 .写出实验操作步骤。四、实验数据记录与处理1.记录KCI溶液的电导（或电阻）；查表得 KCI溶液的电导率k = S- m1。计算电导池系 数心。2 .记录电导水的电导（或电阻），计算其电导率k（出0）。3 .将测定醋酸溶液的原始数据记录于下表中：4 .以作图，并计算离解平衡常数c/mol *如心0.10 050.0250.01250.00625WGS农/S m l* m3 * rtwF】(IMbJS m2* mor1Hfl/S m? * mol"解离度五、结果与讨论写出对实验结果和实验现象的分析、归纳和解释，以及通过实验所获得的心得体会等。鼓励学员通过查阅文献，提出对实验进一步研究与改进的建议等。