实验七电导和弱电解质电离平衡常数的测定.doc
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1、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(electric conduct
2、ance)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(Ohms law) (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,用表示。电导的单位为西门子(Siemens),用S或-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,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=1/可得 (2.7.5)称为电导率(eletrolytic conductivity),也是比例常数,表示长1m
3、,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-1 m-1或Sm-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lA是固定的,称lA为电导池常数,以Kcell表示,单位是m-1。则式(2.7.5)可表示为:1 / 7 (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
4、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,
5、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
6、部分是一个电阻为10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LH,H与H之间、L与L之间各有一个45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(molar conductivity)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m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m3m
7、ol-1。若溶液的浓度为c (molm-3),则 (2.7.15)溶液的m其单位为Sm2mol-1。m随溶液浓度而改变,溶液越稀,m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m 表示之 。m要小于m ,弱电解质溶液m与m 之比象征着电解质的电离程度或称其为电离度,以表示之,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,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
8、导率,并从文献查出m,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m与几乎成线性关系 (2.7.21)式中在一定温度下,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0.005molL-1时,摩尔电导率m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
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- 关 键 词:
- 实验 电导 电解质 电离 平衡常数 测定
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