由復(fù)分解反應(yīng)電導(dǎo)率變化測(cè)定電解質(zhì)溶液濃度

1、課題3 由復(fù)分解反應(yīng)電導(dǎo)率變化測(cè)定電解質(zhì)溶液濃度課題概述： 復(fù)分解反應(yīng)是一類(lèi)基本的化學(xué)反應(yīng)，許多溶液中的離子反應(yīng)都屬于復(fù)分解反應(yīng)。當(dāng)復(fù)分解反應(yīng)的兩個(gè)反應(yīng)物恰好完全反應(yīng)時(shí)，各反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比即為化學(xué)方程式系數(shù)之比，因此可以根據(jù)一個(gè)已知濃度的反應(yīng)物計(jì)算另一個(gè)反應(yīng)物溶液的濃度。復(fù)分解反應(yīng)過(guò)程中一般有沉淀、氣體、水及其它弱電解質(zhì)等生成，但這些都不適宜作為判斷反應(yīng)恰好完全進(jìn)行的標(biāo)志。而另一方面，復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是溶液中離子濃度的降低，因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)氫氧化鋇溶液與硫酸溶液反應(yīng)過(guò)程中電導(dǎo)率變化，來(lái)尋找完全反應(yīng)的等當(dāng)點(diǎn)。 在氫氧化鋇溶液中滴加稀硫酸，生成產(chǎn)物為硫酸鋇沉淀與水。隨著硫酸加入量不斷增大，溶液

2、中離子濃度不斷減??；當(dāng)加入的硫酸恰好與氫氧化鋇完全反應(yīng)時(shí)，溶液中離子濃度達(dá)到最低點(diǎn)；再加入硫酸至過(guò)量時(shí)，溶液中離子濃度又開(kāi)始增大。因此完全反應(yīng)的等當(dāng)點(diǎn)也就是離子濃度的最低點(diǎn)。 電導(dǎo)率傳感器通過(guò)測(cè)量流過(guò)兩個(gè)固定電極之間的電流間接測(cè)量電導(dǎo)率。電導(dǎo)率與溶液中離子的濃度有關(guān)系，離子濃度越高，溶液的電導(dǎo)率越大。因而電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量數(shù)值能說(shuō)明溶液中離子濃度變化情況。教學(xué)目標(biāo)： 1理解復(fù)分解反應(yīng)過(guò)程中離子濃度和電導(dǎo)率變化情況。 2應(yīng)用復(fù)分解反應(yīng)過(guò)程中電導(dǎo)率變化情況，測(cè)定未知電解質(zhì)溶液的濃度。器材準(zhǔn)備： 實(shí)驗(yàn)藥品：氫氧化鋇溶液(0.015 mol/L 0.02mol/L)、0.0200mol/L標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液

3、。 實(shí)驗(yàn)儀器：TI83 Plus圖形計(jì)算器及CBL系統(tǒng)、電導(dǎo)率傳感器、電磁攪拌器、100mL燒杯、1mL移液管、25mL堿式滴定管、蒸餾水洗瓶。 實(shí)驗(yàn)裝置：如圖所示。 實(shí)驗(yàn)步驟：一設(shè)置傳感器 1將TI83 Plus圖形計(jì)算器、CBL系統(tǒng)按圖示連接。 2將電導(dǎo)率傳感器與CBL系統(tǒng)CH1通道相連；將電導(dǎo)率傳感器的量程開(kāi)關(guān)設(shè)置在020000µS范圍。 3打開(kāi)TI83 Plus圖形計(jì)算器、CBL系統(tǒng)，按APPS，選擇“CHEMBIO”程序，按ENTER。(見(jiàn)圖1、2) 圖1 圖2 4在“MAIN MENU”菜單中選擇“1：SET UP PROBES”；輸入傳感器數(shù)量“1”，按ENTER。(見(jiàn)

4、圖3) 5在“SELECT PROBE”菜單中選擇“6：CONDUCTIVITY”。(見(jiàn)圖4) 圖3 圖4 6輸入通道序號(hào)“1”；在“CALIBRATION”菜單中選擇“1：USE STORED”。(見(jiàn)圖5、6) 圖5 圖6 7在“CONDUCTIVITY”菜單中選擇“5：H 020000 MICS”；傳感器設(shè)置完成后即返回“MAIN MENU”菜單。(見(jiàn)圖7、8) 圖7 圖8二電導(dǎo)率數(shù)據(jù)采集 1用堿式滴定管滴加20.00mL未知濃度氫氧化鋇溶液于100mL小燒杯中，將小燒杯置于電磁攪拌器上并放入攪拌子。 2將電導(dǎo)率傳感器浸入小燒杯內(nèi)溶液中。 3在“MAIN MENU”菜單中選擇“2：COLL

5、ECT DATA”。(見(jiàn)圖9) 4在“COLLECT DATA”菜單中選擇“3：TRIGGER / PROMPT”，預(yù)熱10秒后，按ENTER。(見(jiàn)圖10) 圖9 圖10 5當(dāng)CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按CBL上的TRIGGER鍵，并在圖形計(jì)算器上輸入加入硫酸的總體積“0”。(見(jiàn)圖11、12) 圖11 圖12 6在“DATA COLLECTION”菜單中選擇“1：MORE DATA”。(見(jiàn)圖13) 圖13 7用1mL刻度移液管移取1.00mL 0.02mol/L硫酸溶液，注入小燒杯中，攪拌均勻。當(dāng)CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按TRIGGER鍵，并在圖形計(jì)算器上輸入加入硫酸的總體積“1.00”

6、 mL。(見(jiàn)圖14、15) 圖14 圖15 8重復(fù)6、7的操作步驟。每次按TRIGGER鍵后在圖形計(jì)算器上輸入加入硫酸的總體積，直至加入硫酸溶液的總體積達(dá)到30.00mL。 9在“DATA COLLECTION”菜單中選擇“2：STOP”，即完成了數(shù)據(jù)的采集。(見(jiàn)圖16) 圖16實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理： 1在“MAIN MENU”菜單中選擇“3：VIEW GRAPH”，所顯示的就是反應(yīng)過(guò)程中隨著硫酸加入而溶液電導(dǎo)率的變化曲線。(例：見(jiàn)圖17、18) 圖17 圖18 2按ENTER，在“MAIN MENU”菜單中選擇“7：QUIT”。(見(jiàn)圖19) 圖19 3在主屏幕中按2nd+LIST，在“NAME

7、S”菜單中選擇“1：L1”；按STOÞ；按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“3：L3”， 按ENTER。此操作將L1數(shù)組中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到L3數(shù)組中。(見(jiàn)圖20、21) 圖20 圖21 4在主屏幕中按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“2：L2”；按STOÞ；按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“4：L4”。此操作將L2數(shù)組中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到L4數(shù)組中。(見(jiàn)圖22) 圖22 5按2nd+LIST，在“OPS”菜單中選擇“8：SELECT(”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“1：L1”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜單

8、中選擇“2：L2”；按 ) ； 按ENTER。此操作將從L1、L2數(shù)組中截取部分?jǐn)?shù)據(jù)。(見(jiàn)圖23、24) 圖23 圖24 6按 4至屏幕顯示“x =6”時(shí)，按ENTER，將該點(diǎn)確定為起始點(diǎn)；按 4至屏幕顯示“x =16”時(shí)，按ENTER，將該點(diǎn)確定為終點(diǎn)。按2nd+QUIT。此操作截取出下降段中近似于直線的一段，以便進(jìn)行回歸。(例：見(jiàn)圖25、26、27) 圖25 圖26 圖27 7按STAT，在“EDIT”菜單中選擇“1：EDIT”，可以看到截取的數(shù)據(jù)自動(dòng)替換了原L1、L2中的數(shù)據(jù)。按2nd+QUIT退出。(例：見(jiàn)圖28、29) 圖28 圖29 8按STAT，在“CACL”菜單中選擇“4：Li

9、nReg(ax + b)”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“1：L1”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“2：L2”； 按ENTER。 此操作將對(duì)L1、L2數(shù)組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸。得到下降段線段線性回歸的方程為y = -892.518x + 14233.383，線性回歸的相關(guān)系數(shù)r = -0.996。(例：見(jiàn)圖30、31、32) 圖30 圖31 圖32 9按2nd+STAT PLOTS，在“STAT PLOTS”菜單中選擇“1：Plot1.On” (見(jiàn)圖33) 圖33 10按6移動(dòng)至“Xlist：”，將其修改為“L3”； 按6移動(dòng)至“Ylist：”，將其修

10、改為“L4”，按2nd+QUIT退出。(見(jiàn)圖34、35) 圖34 圖35 11按2nd+LIST，在“OPS”菜單中選擇“8：SELECT(”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“3：L3”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“4：L4”；按 ) 。此操作將從L3、L4數(shù)組中截取部分?jǐn)?shù)據(jù)。(見(jiàn)圖36、37) 圖36 圖37 12按 4至屏幕顯示“x =18”時(shí)，按ENTER，將該點(diǎn)確定為起始點(diǎn)；按 4至屏幕顯示“x =25”時(shí)，按ENTER，將該點(diǎn)確定為終點(diǎn)。按2nd+QUIT。此操作截取出上升段中近似于直線的一段，以便進(jìn)行回歸。(例：見(jiàn)圖38、39) 圖38

11、 圖39 13按STAT，在“CACL”菜單中選擇“4：LinReg(ax + b)”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“3：L3”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜單中選擇“4：L4”。 此操作將對(duì)L3、L4數(shù)組中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸。得到上升段線段線性回歸的方程為y = 587.799x - 10077.203，線性回歸的相關(guān)系數(shù)r = 0.996。(例：見(jiàn)圖40、41、42) 圖40 圖41 圖42 15計(jì)算方程組 y = -892.518x + 14233.383 y = 587.799x - 10077.203 得到x = 16.42mL 16計(jì)算氫氧化鋇的

12、濃度：c(堿)V(堿) = c(酸)V(酸) c(堿) × 20.00 = 0.0200 ×16.42 c(堿) = 0.0164 mol/L實(shí)驗(yàn)說(shuō)明： 1本實(shí)驗(yàn)是定量實(shí)驗(yàn)，因此量取氫氧化鋇溶液與硫酸溶液的體積都必須用精確度較高的移液管或滴定管。 2在進(jìn)行下降段線段和上升段線段線性回歸時(shí)，應(yīng)盡量選取靠近最低點(diǎn)的近似于直線的線段。這樣更符合復(fù)分解反應(yīng)接近等當(dāng)點(diǎn)時(shí)的情況，得到的回歸方程更可靠，計(jì)算得到的體積也更精確。思考與拓展： 1變化曲線的上升段和下降段分別說(shuō)明什么？溶液的電導(dǎo)率和離子濃度怎樣變化，為什么？ 2為什么不選取“x =17”(即消耗硫酸為17mL)的最低點(diǎn)作為復(fù)分解反應(yīng)恰好完全進(jìn)行的等當(dāng)點(diǎn)？ 3為什么在選取下降段線段和上升段線段進(jìn)行回歸時(shí)，都不包含“x =17”的點(diǎn)？ 4重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，小燒杯中盛放硫酸，逐漸加入氫氧化鋇溶液，測(cè)定隨著氫氧化鋇加入而溶液電導(dǎo)率的變化情況。 (1)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算未知?dú)溲趸^溶液的濃度。 (2)請(qǐng)預(yù)測(cè)兩種方法求得氫氧化鋇的濃度是否相同，為什么？并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。 5本實(shí)驗(yàn)還可用于測(cè)定哪些復(fù)分解反應(yīng)中反應(yīng)物濃度？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)這些實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證其可行性。