电导法测定弱电解质的电离常数

实验四电导法测定弱电解质的电离常数一、 实验目的学会用电导法测定醋酸的电离平衡常数；熟悉电导池、电导池常数、溶液电导（或电导率）等相关基本概念；掌握电桥法测量溶液电导的实验方法和技术。二、 实验原理根据Arrhenius（阿累尼乌斯）的电离理论，弱电解质与强电解质不同，它在溶液中仅部分解离，离子和未解离的分子之间存在着动态平衡。如醋酸水溶液中，设c为醋酸的原始浓度，ac为解离度，其解离平衡为：HAc-丑++戏：「电离刚开始时;c 0 01电离平衡时:或1-腥）_cClccClcl设其解离常数为K,则K^a^-U-ac）（1Ji由电化学理论可知，浓度为c的弱电解质稀溶液的解离度ac应等于该浓度下的摩尔电导率Am和溶液在无限稀时的摩尔电导率K之比,』即 ac=Am/'AcOm（_2）IeA；将妲）代AKO式得=•驾（驾-AQ盖3）4在上式中，C■为己知，通过本实验求得，八8由尽管随温度的变化而变化，但仍然可以应用离子独立运动定律计函导到&YA^（7£4c）二罗N矿）+拒』0!） ⑴月在298.15K时，.Z\8m黑聂）是S^QJIXKHS，ni2•mo?Lo任意温度下，1△8装（IT）=勺8皿2U..C.田削1+。卫14（卜25）卜— =349.S2X10"4x［l-FQ.Q14（t-25）］S•m2•moF14A<^nu（AC-）=!K以血25：...C.（AO）［1+0_02（t-25）］i=40一9恣1O'簪［1+Q.Q2Ct-25）］S•m2•mol-^\AAAAAAAAAAAAAAAAAAA^ 、 -如何求得指定温度和液度下的摩尔电导率:疚mPE?我们通过测盛有稀溶液的电导池里的电导G或电导率K的方法来解决。IG=1./R=A..昏*1=K*A/1；当液度c的单位用mol*1/旋表示而摩尔电导率八m的单位S•in-•mol--表不时^Am=0.001K/c（5）IBEUJESlRETiBEUJESlRETi式中电导率K的单位是S-m-1,为测量的电导电极两极片间的间距，A为电极片的截面积，对于一个固定的电导池，l和A都是定值，故比值l/A为一常数，称为电池常数Kcell。所以有K=Kcell/R （6）根据以上关系，只要我们在指定温度下测得不同浓度下的电导率K（用电导率仪）或溶液的电阻（用1000Hz交流电下的惠斯通电桥测），就可以计算出摩尔电导率八m,再根据式（3），即可计算出解离常数K来。本实验我们采用测溶液电阻的方法，先用已知电导率的KCl标准溶液测出那个条件下的特征电阻值RS，算出Kcel1；然后使用同一电导池测定待测乙酸溶液的电阻Rx，最后就可以得到解离常数K可以得到解离常数KR0为某一固定值的电阻，有四个；R3为电阻箱；Rx为待测电阻G即电导池溶液的）十G为电侨平衡检测器■（可以是松流计、示波器•耳机等，本实验采用的是示波器*;B为电桥电源，提供适当频率的交流电；B点为活动接点，可选三处接。当电桥向平衡方向靠近时；示波器上的正弦波的振幅会凝小，当电桥平衡即D、B两点的电势相等时，示波器上的正弦波就变成一条直线，由此可算得Rx值会I之所以选用交流电而不选用直葡电来测电导（或电阻），是因为直流电最大限度地增大了电极表面的电•流密度电极发生极化舟尽管直流电不会产生电容、电感的干扰（畜充电导法只适合于电阻较大的介质,.旦一般需要使用可逆电概片如Ag-A^Cl］电极）/使用交流电推能魄极表面镀上一层致密的啷黑'以增大电极表面积，都是为了防止电极极化,交流电的频率选择也很重要，从上面的示意图可以看出，-频率很高，尽管可以消除极化引起的误差，但R3上没有并联一手可以变化的电容以抵消电导池的“寄生电容，皿，该”寄生电容'产生一个复数阻抗#因频率越高容抗值越小污1W兀氮），电导池的整个复阻抗E并就越小M•流经寄生电容爆的电流就越多，使得由D到线上的交流电压心与由A过RO到B去的交流电压应有较大的相位差，使得电桥不可能平衡。电导池的整个复阻抗为：1IHJni5!NETiIHJni5!NETi因此，实验中必须考虑的是，在增大交流电频率以防极化的同时，还要尽量消除相位差对电桥平衡的影响。比较好的办法是，选择1000Hz的交流频率，尽可能使电流通过电导池里的溶液电阻而不是寄生电容Cx，从而使电导池上的电压降的相位移动较小，而不至于影响测量精度。三、 仪器和试剂仪器：XD-7型低频信号发生器1台，ZX56型电阻箱1台，SJ8001型示波器1台，恒温水浴1套，260型铂电导电极（镀铂黑）1支，带支管试管4支，25ml移液管1支，容量瓶2只（50ml），小烧杯，洗瓶，导线若十。试剂：0.01000mol/LKCl溶液，0.1mol/L左右的HAc溶液（准确浓度c标于瓶签）。四、 实验步骤调节恒温水浴温度为25.00±0.1°Cc/2和c/4浓度HAc溶液的配制：用移液管移取25.00ml真实浓度为c（标于瓶签上）的HAc溶液，注入50ml容量瓶中，然后加蒸馏水至刻度并摇匀即成，其真实浓度分别为原溶液浓度的1/2。然后取c/2浓度的HAc溶液同样方法配制c/4浓度HAc溶液。按图用导线连接电桥线路，接好后需经教师检查。检查并调节示波器及低频信号发生器（输出频率为1000Hz）的各有关旋钮，然后接通各自电源，观察示波器屏幕，如果出现稳定的正弦波图形，说明接线正确，仪器工作状态也正常，可以进行下一步测定工作。电池常数的测定：（1） 将电导电极和试管用蒸馏水洗净，然后用少量0.01000mol/L的KCl溶液涮洗3次；在试管中加入1/4〜1/3容积的KCl溶液，并插入电导电极，将试管置于恒温水浴中恒温5分钟以上。注意：操作时切勿触碰电极头镀铂黑处，以免损伤铂黑镀层而导致电池常数改变。测量时若观察到电极表面附有小气泡，应轻轻敲击振动试管，将其排除，以免引起测量误差。（2） 将电阻箱的所有档位旋全0处，选择B点的落位处（取一次中间点），然后从最大档位（X1000）开始调节，每旋转一格，观察示波器屏幕上的正弦曲线的波幅变化，调至波幅最小为止。依次调节下一个档位（X100，X10，X1），最终使得屏幕上波幅减小为0,即形成一条直线，这时可认为电桥达到平衡状态，将电阻箱各档位的读数相加，即为电阻箱阻值R3。注意：如果从0开始调节某档位旋钮，发现正弦曲线波幅一直增大，说明前一档位调节过大，应将前一档位的数字减少为1个，再回头调节该档位。（3） 重复步骤（1）、（2）两次，即一共测定3次，计算时取其平均值。（4） HAc溶液电导的测定：按上述（1）~（4）的方法，依次测定浓度为c，c/2及c/4的HAc溶液的电阻值。（5） 实验完毕，关闭所有仪器电源，清洗玻璃仪器及电导电极，并将电导电极呈给老师看一眼后置于蒸馏水瓶中浸泡保养。五、数据处理有关已知数据：25°C下0.01000mol/LKCl溶液电导率K=0.1413S・m-i无限稀的HAc水溶液的摩尔电导率（25C）八8m=3.907X10-2S・m2・mol-1将实验数据列表，然后按实验原理部分所述，分别计算电池常数Kcell和各浓度HAc溶液的解离常数K。附：数据记录参考格式：溶液温度25.0CHAc溶液浓度：c:0.1mol/Lc/2:0.5mol/Lc/4:0.025mol/L（1）电导池常数的测定:实验次数R4Q)gR)KzeiKcm-1)测量值平均值实验开始410413.30.0024190.5831420410实验结束415418.30.0023910.5901420420（2）乙酸解离常数的测定:C(M)平均t（。）GW】）K )Am(Q-1cm2M-QK：0.02526102613.33.827*10^2.231*10*8.9250.022841.33*10-5262026100.0518201823.35.485*10^3.198*10^6.3960.016371.36*10”183018200.114101413.37.076*10^4.126*10^4.12580.010551.13*10^14201410六、思考题本实验的电桥为什么要选择使用1000Hz的交流电源？如为了防止极化，频率高一些不是更好吗？试权衡其利弊。结合本实验结果，分析当HAc浓度变稀时，Rx、k、Am、ac、K等怎样随浓度变化？你的实验结果与理论是否相符合？为什么？公式是针对什么溶液的？是不是任何电解质的都能够通过作图法外推得到？你能否设计出一个方案很准确地测得溶液的电阻（或电导率）或者一个携带很方便的、精度不是很高的产品快捷地测出溶液的电阻（或电导率）吗？因为这两种产品都有它的卖点。【英汉词条】电导率specificconductance电导池常数cellconstant电离平衡ionizationequilibrium强电解质strongelectrolyte电离度degreeofionization寄生电容parasiticcapacitance示波器oscillograph/oscilloscope正弦波sinewave/sinusoidalwave电位差计potentialdifferencemeter液