電導(dǎo)法測定弱電解質(zhì)的解離平衡常數(shù)

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一試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.測定KCl水溶液的電導(dǎo)率,求算它的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率；2.用電導(dǎo)法測定醋酸在水溶液中的解離平衡常數(shù)；3.把握DDS一11A型電導(dǎo)率儀的測量原理和使用方法；二試驗(yàn)原理

1.電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力尋常用電導(dǎo)G來表示，它的單位是西門子(Siemens)，用符號S(西)表示。若將某.電解質(zhì)溶液放入兩平行電極之間，設(shè)電極間距為l，電極面積為A，則電導(dǎo)可表示為：

G=к(11一1)

-1

(11一1)式中，к為該電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，單位為S·m，它的數(shù)值與溫度、溶液組成及電解質(zhì)種類有關(guān)；l/A稱為電導(dǎo)池常數(shù)；它的單位為m。

在探討電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力時，常用摩爾電導(dǎo)率Λm這個物理量，它與電導(dǎo)率к、溶液濃度c之間的關(guān)系如下：

Λm=к/c(11一2)摩爾電導(dǎo)率的單位為S·m·mol.

2.Λm總是隨溶液濃度的降低而增大。對強(qiáng)電解質(zhì)稀溶液而言，其變化規(guī)律用科爾勞施(Kohlrausch)經(jīng)驗(yàn)公式表示：

∞

2

-1

-1

(11一3)

(11一3)式中，Λm為無限稀釋摩爾電導(dǎo)率。對特定的電解質(zhì)和溶劑來說，在一定溫度下，A是一個常數(shù)。所以將Λm對

作圖得到的直線外推，可求得該強(qiáng)電解質(zhì)溶液無限稀釋摩爾電導(dǎo)率Λm。

∞

∞

3.對弱電解質(zhì)，其Λm無法利用(11一3)式通過試驗(yàn)直接測定，而是根據(jù)離子獨(dú)立運(yùn)動定律，應(yīng)用強(qiáng)電解質(zhì)無限稀釋摩爾電導(dǎo)率計算出弱電解質(zhì)無限稀釋摩爾電導(dǎo)率，也可以從正、負(fù)兩種離子的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率加和求得：

(11一4)式中,11一1。

表11一1不同溫度下醋酸溶液的Λm

∞

(11一4)

,

分別表示正、負(fù)離子的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率。不同溫度下醋酸溶液Λm見表

∞

t/℃202122233.1653.6693.7383.784t/℃262728293.9604.0094.0794.1252425

3.8413.903304.182在弱電解質(zhì)的稀疏溶液中，離子的濃度很低,離子間的相互作用可以忽略，可以認(rèn)為它在濃度為c時的解離度α等于它的摩爾電導(dǎo)率Λm與其無限稀釋摩爾電導(dǎo)率α=Λm/

之比,即:

(11一5)

對1一1型弱電解質(zhì),例如醋酸,當(dāng)它在溶液中達(dá)到解離平衡時,有:HAc

H+Acˉ

+

該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)解離平衡常數(shù)Ko與濃度為c時解離度α之間有如下關(guān)系:

(11一6)

-3

(11一6)式中co為溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)濃度,co=1.00mol·dm，合并(11一5)和(11一6)兩式，即得:

(11一7)式可改寫為:

(11一7)

∞2

=+(11一8)

∞

(11一8)式為奧斯瓦爾德(Ostwald)稀釋定律。根據(jù)(11一8)式，以1/Λm對cΛm作圖可得一直線，其斜率為1/c°K°(Λm)。根據(jù)前面所給醋酸的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率Λm數(shù)據(jù)，即可求得Ko。三儀器與藥品

DDS一11A型電導(dǎo)率儀1臺;鉑黑電導(dǎo)電極1支;恒溫槽裝置1套;25cm移液管3支;50cm移液管1支;三角燒瓶3只.

KCl溶液(c=0.0100mol·dm)；醋酸溶液(c=0.100mol·dm)；電導(dǎo)水。四試驗(yàn)步驟1.準(zhǔn)備

調(diào)理恒溫槽溫度至指定溫度[25℃(或30℃)±0.1℃]。將電導(dǎo)率儀的“校正、測量〞開關(guān)扳到“校正〞位置，開啟電源開關(guān)預(yù)熱數(shù)分鐘。電導(dǎo)率儀的原理和使用方法見附錄。

用移液管確鑿量取0.0100mol·dmKCl溶液25.00cm，放入三角燒瓶中，在另一個三角燒瓶中放入供電導(dǎo)法測定用的電導(dǎo)水。將它們放置在恒溫槽內(nèi)恒溫5～10min。2.電導(dǎo)池常數(shù)的測定

(1)將電導(dǎo)電極用0.0100mol·dmKCl溶液淋洗3次，用濾紙吸干(注意濾紙不能擦及鉑黑)后，置入己恒溫的KCl溶液中。把電導(dǎo)率儀的頻率開關(guān)扳到“高周〞擋。

(2)將電導(dǎo)率儀的量程開關(guān)扳到“×10〞擋，調(diào)整電表指針至滿刻度后，將“校正、測量〞開關(guān)扳到“測量〞位置，測量0.0100mol·dmKCl溶液的電導(dǎo)。讀取數(shù)據(jù)3次，取平均值。根據(jù)(11一1)式，求出電導(dǎo)池常數(shù)l/A(0.0100mol·dmKCl溶液的電導(dǎo)率（見附表）。將電導(dǎo)池常數(shù)調(diào)理器旋在己，求得的電導(dǎo)池常數(shù)的位置.重新調(diào)整電表指針至滿刻度。測量0.0100mol·dmKCl溶液的電導(dǎo)率。此時儀表示值應(yīng)與該試驗(yàn)溫度下0.0100mol·dmKCl溶液的電導(dǎo)率的文獻(xiàn)值一致。如不一致，重復(fù)步驟(2)的操作。在調(diào)整好以后，就不能再旋動電導(dǎo)池常數(shù)調(diào)理器。3.KCl溶液的電導(dǎo)率測定

-3

-3

-3

-3

3-3-3

3

-3

-3

3

3

(1)如上所述,測量0.0100mol·dmKCl溶液的電導(dǎo)率，并記錄數(shù)據(jù)；

(2)取一支清白的25cm移液管,確鑿量取25.00cm己恒溫的電導(dǎo)水，參與原先的KCl溶液，使KCl溶液的濃度稀釋至0.0050mol·dm，恒溫2min，測定其電導(dǎo)率，讀取數(shù)據(jù)3次，取平均值。在此后的測量中，隨著待測溶液電導(dǎo)率的變化，要調(diào)整電導(dǎo)率儀的量程開關(guān)及其對應(yīng)的頻率(高、低周)開關(guān)，以達(dá)到使電表指針在表頭上偏轉(zhuǎn)最大的目的，從而能確切地進(jìn)行測量；

(3)依次分別參與50.0、100、200cm己恒溫的電導(dǎo)水,恒溫2min后,測量各種不同濃度的KCl溶液的電導(dǎo)率。

4.醋酸溶液的電導(dǎo)率測定

(1)將電導(dǎo)電極分別用電導(dǎo)水及0.100mol·dmHAc，溶液各淋洗3次,用濾紙吸干；

(2)用移液管確鑿量取0.100mol·dmHAc溶液25.00cm，放入三角燒瓶中，將其放置在恒溫槽內(nèi)恒溫5min,測定其電導(dǎo)率；

(3)依次分別參與25.0,50.0,25.0cm電導(dǎo)水,恒溫2min后,測量各種不同濃度的HAc溶液的電導(dǎo)率。5.電導(dǎo)水的電導(dǎo)率測定

將電導(dǎo)電極用電導(dǎo)水淋洗3次,放入已恒溫的電導(dǎo)水中。把電導(dǎo)率儀的頻率開關(guān)扳到“低周〞擋,量程開關(guān)扳到“×1〞擋。恒溫2min后,測量電導(dǎo)水的電導(dǎo)率。

整個試驗(yàn)終止后，將電導(dǎo)電極用電導(dǎo)水洗凈，養(yǎng)護(hù)在電導(dǎo)水，關(guān)閉各儀器開關(guān)。五本卷須知

1.普通蒸餾水常溶有CO2和氨等雜質(zhì)，所以存在一定電導(dǎo)。因比做電導(dǎo)試驗(yàn)時，需要純度較高的水，稱為電導(dǎo)水。

2.溫度對電導(dǎo)有較大的影響，所以整個試驗(yàn)必需在同一溫度下進(jìn)行。每次稀釋溶液用的電導(dǎo)水必需溫度一致，可以預(yù)先把電導(dǎo)水裝入三角燒瓶,置于恒溫槽內(nèi)恒溫。

3.鉑電極鍍鉑黑是為減小極化現(xiàn)象和增加電極表面積，使測定電導(dǎo)時有較高的靈敏度。鉑黑電極在不使用時，應(yīng)保存在電導(dǎo)水中，不可使之枯燥。六數(shù)據(jù)記錄與處理1.數(shù)據(jù)記錄

室溫:____；大氣壓力:_____；恒溫槽溫度:____。(1)測定KCl溶液的電導(dǎo)率：

0.0100mol·dmKCl溶液的電導(dǎo)率G/S:____；電導(dǎo)池常數(shù)l/A:_____。

記錄表格

C(mol·m)10.05.002.501.250.625

(2)測定HAc溶液的電導(dǎo)率

電導(dǎo)水的電導(dǎo)率κ(H2O)/(S·m):______。記錄表格：

C(mol·m)0.100-3-1-1-1-1-1

-3-1-1-1-1-3

3-3

3

-3

3

-3

3

3

-3

κ(S·m)第1次—κ(S·m)第2次一κ(S·m)第3次一κ(S·m)平均值κ(S·m)第1次κ(S·m)第2次κ(S·m)第3次κ(S·m)平均值0.05000.02500.0200

2.數(shù)據(jù)處理

(1)將KCl溶液各組數(shù)據(jù)填入下表內(nèi)：

C/(mol·m)Λm/(S·m·mol)/(mol·m

以KCl溶液的Λm對

作圖，由直線的截距求出KCl的Λm。

∞

1/2-3/22-1-310.05.02.51.250.625)(2)HAc溶液的各組數(shù)據(jù)填入下表內(nèi)：

c0.1000.05000.02500.0200

表中кˊ為所測HAc溶液的電導(dǎo)率，к為扣去同溫下電導(dǎo)水的電導(dǎo)率к(H2O)后的數(shù)值，即:к=кˊ-к(H2O)

求出HAc溶液標(biāo)準(zhǔn)解離平衡常數(shù)的平均值。

以HAc溶液的1/Λm對cΛm作圖，由直線的斜率求算K，并與進(jìn)行比較。（3）將KCl溶液和HAc溶液的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，分別求出KCl分別求出溶液的的Ko。七思考題

1.為什么要測定電導(dǎo)池常數(shù)？電導(dǎo)池常數(shù)是否可用尺子來測量？2.假使配制醋酸溶液的水不純，將對結(jié)果產(chǎn)生什么影響？

附錄DDS一11A型電導(dǎo)率儀的原理和使用方法

DDS一11A型電導(dǎo)率儀是測定液體電導(dǎo)率的基本儀器.它是直讀式的，測量范圍廣，操作簡便，還可以自動記錄電導(dǎo)值的變化狀況。下面簡單介紹DDS一11A型電導(dǎo)率儀，儀器外貌見圖11一1。

和HAc溶液

0

0

0

ˊκκΛmαK×1051/ΛmcΛm

一測量原理

在圖11一1中，穩(wěn)壓電源輸出穩(wěn)定的直流電壓，供給振蕩器和放大器，使它們工作在穩(wěn)定狀態(tài).振蕩器輸出電壓不隨電導(dǎo)池電阻變化而改變，從而為電阻分壓回路提供一穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)電勢E.電阻分壓回路由電導(dǎo)池Rx和測量電阻箱Rm串聯(lián)組成，E加在該回路AB兩端，產(chǎn)生測量電流Ix。根椐歐姆定律：

Ix=

=

所以：

Em==

式中G為電導(dǎo)池溶液電導(dǎo)。

上式中E不變，Rm經(jīng)設(shè)定后也不變，所以電導(dǎo)G只是Em的函數(shù)。Em經(jīng)放大檢波后，在顯示儀表(直流電表)上，用換算成電導(dǎo)值或電導(dǎo)率值顯示出來。一使用方法

1.未開電源開關(guān)前，觀測表針是否指零.如不指零，可調(diào)整表頭上的螺絲，使其指零。

2.插接電源線，開啟電源開關(guān)，預(yù)熱數(shù)分鐘。

3.將校正測量開關(guān)4板在“校正〞位置，調(diào)理校正調(diào)理器9使表滿刻度指示.。

4.當(dāng)待測液體的電導(dǎo)率低于300μS·cm(3×10S·m)時，開關(guān)3扳到“低周〞；當(dāng)待測液體的電導(dǎo)率為300～10μS·cm(3×10～10S·m)時，將開關(guān)3扳到“高周〞。

5將量程選擇開關(guān)5扳到所需要的測量范圍。如預(yù)先不知被測液體電導(dǎo)率的大小，應(yīng)先扳在最大電導(dǎo)率測量擋，然后遂擋下降，以防表針打彎。

6電極的使用用電極桿上的電極夾夾緊電極的膠木帽，將電極插頭插入電極插口7內(nèi)，旋緊插口上的緊固螺絲，再將電極浸入待測液體中。把電極常數(shù)調(diào)理器10旋在該電極的電極常數(shù)位置處.。電極常數(shù)的數(shù)值己貼在膠木帽上。

7進(jìn)行校正.將校正測量開關(guān)4板到“校正〞，調(diào)理校正調(diào)理器9，使電表指針滿刻度。注意：為了提高測量精度，當(dāng)使用×10μS·cm和×10μS·cm這兩檔時，校正必需在電導(dǎo)池接妥(電極插頭插入插孔，電極浸入待測液中)的狀況下進(jìn)行。

8進(jìn)行測量將開關(guān)4扳到“測量〞，這時指針指示數(shù)乘以量程選擇開