实验六：电导法测弱电解质HAc的电离平衡常数

1、实验六：电导法测弱电解质 的电离平衡常数HAc实验六：电导法测弱电解质的电离平衡常数一、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。二、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：G二丄R电导的单位是“西门子”，符号为“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：I式中匮电导率，其物理意义是|=im，A=1m2 时溶液的电导，其单位为S - m-1o定义电导池系 数圧7A则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 Kcel

2、l。在研究电解质溶液的导电能力时，经常使用 摩尔电导率 九，其定义为：C式中c为电解质溶液的浓度，4的单位是：S m2 - mol-1。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，即诚容液）呻血卄 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/是正、负离子的 极限摩尔电导率T之和。即式中V + , V -分别为正、负离子的化学计量数,蠱益可查表得到。比与垃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

3、子浓度很低，彼此相隔较远，相互作用力可以忽 略，则心与肉之间的关系可表示为：去=G（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：HAc ,却+甌其解离平衡常数为砖（推导） = a|将疋代入上式整理可得Q超）此式称为奥斯特瓦尔德（Ostwald ）稀释定律。改写成线性方程为:十S右g彩=（截距斜率，=-斜率/截距B图81恵斯登电桥以产儿对兀作图得一直线，斜率为 肾（第尸，截 距为S，由此可求得呼和玉（推导）：怦二斜率八心丫电解质溶液的电导通常利用整理可得: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

4、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，Ri、R2和R3是三个可变交流变 阻箱的阻值，Rx为待测溶液的阻值，H为耳机（或 示波器），Ci为在R3上并联的可变电容器，以 实现容抗平衡。测定时，调节Ri、R2、R3和Ci, 使H中无电流通过，此时电桥达到了平衡。则 有：0 =虫场趴即Rx的倒数即为溶液的电导，即g=-L=_|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

5、為“ KCI溶液的电阻，求得电导池系数 7通过测定水、醋酸溶液的电导G，分别求出其电导率英=哲曲根据rLHAc) =rc溶液)-疋(HQ)和&Vc两式计算出各浓度醋酸溶液的儿，最后以 二、仪器与药品恒温槽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）交流信号发生器台110mL移液管2支0.02 moldm-3氯化钾溶液、0.1 moldm-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25C。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，

6、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，取其平均值瓦。3、测定醋酸溶液的电导。取 20mL 0.1 mol -dm-3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 dm-3五个浓度溶液的电阻 Rxo4、测定电导池系数。按2中所述方法测定0.02 mol - dm-3的KCI溶液的电阻，重复测定三 次，取其平均值肉。已知25 C时0.02 mol dm-3

7、的KCI溶液的电导k (KCI)=0.2765Sm-1。5、将上述测量数据及处理结果记录于下表气压室温实验趙度次数5瓦gGIS.盛皿0)KCI123H2O123HAc 溶液 疋(HS m2 mol1 心(Ah) =S n? mol1龙(HAc) =S tna mol c /mol dm0.10050.0250.01250.00625G/Smol1解离度圧6、以討1对比作图，由直线的斜率计算畴已知 25C 时乐1)= 349.82X 10-4 s m2 mol-1,厝(也l)= 40.9x 10-4 Sm2 mol-1。计算出尤四。并与作图法得到的：=相比较【实验关键提示】1. 利用惠斯登电桥测

8、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/Ri=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 Rx较大，可选择 R2/Ri=10 或 R2/Ri=100。2. 对交流信号来说，电导池Rx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Ci，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

9、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1X 10-4 S m-1，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

10、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 A m唏 一式成 立，这便为电导法解决问题提供了方便。根据可得：cte =对于强电解质（如AgCI、PbSO等）溶液， a = 1,通过，和可以计算出其溶解度c；对 于弱电解质（如HAc等），通过匮比和c可以计 算出解离度a。其中匚可以查表得到，因此电导 法解决这类问题最终归结为电导率片的精确测定。电解质溶液属于离子导体，其电阻同电

11、子导 体（如金属、石墨等）一样，也服从欧姆定律和 T （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（Rl，R2, R3）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 邑=邑衡条件应当是：瓦瓦式中Z

12、是阻抗（包括电阻、 电容和电感），若交流信号的频率不太高，则电 生=生感和电容的影响可以忽略，此时忘瓦仍然成立。 综合以上因素，交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，对电导率大的溶液，应选择电导池系数 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，若米用 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，

13、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。25oC时醋酸解离平衡常数的文献值为 砖=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

14、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KCI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KCI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 KCI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

15、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姓名：学号：地占：八 、实验日期：室温：气压：一、实验目的二、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 m-1。计算电导池系数 K cel