溶液电导的测定——测HAc的电离平衡常数

一、实验目的

（1）掌握电导测定的原理和电导率仪的使用方法；

（2）通过实验验证电解质溶液电导率与浓度的关系；

（3）掌握电导法测定弱电解质的电离平衡常数的原理和方法。

二、实验原理

电解质溶液属于第二类电子导体，它是靠正负离子的定向迁移传递电流，溶液的导电本领可用电导率来表示。

将电解质溶液放入两平行电极之间，两电极距离为[m]，两电极面积均为A[m²]，这时溶液的电阻是：

                    

所以  

                      (1)

电导池常数或电极常数可用标准溶液（常用氯化钾溶液）标定。用已知电导率的氯化钾溶液放入电导池中，在测定其电阻之后，即可求得电导池常数。应用同一个电导池，便可通过电阻的测量求其它电解质溶液的电导率。

溶液的摩尔电导率是指把含有1mol 电解质的溶液置于相距为 1m 的两平行电板电极之间的电导，其单位为S·m²·mol^-1。摩尔电导率与电导率和浓度的关系为：

                                                           (2)

无限稀释摩尔电导率：溶液在无限稀释时的摩尔电导率，无论强弱电解质，此时均全部电离，符合离子独立移动定律：。

随浓度变化的规律，对强弱电解质各不相同，对强电解质稀溶液可用下列经验公式表示：

                                  (3)

将对作图，外推可求得。

对弱电解质来说，可以认定它的电离度等于溶液在浓度为c时的摩尔电导率和溶液在无限稀释时的摩尔电导率之比，即：

                                          (4)

AB型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数与浓度c和电离度有以下关系：

     

可改写为直线方程：                               (5)

以对作图为一直线，从直线斜率和截距可求得和。按照标准写法，c应为，为1mol·dm^-3，应为。

    电导率的测定不仅可以用来测定弱电解质的电离度和电离平衡常数，还可以用来测定难溶盐的溶解度、电导滴定等。

三、实验仪器与试剂

1、仪器 

电导率仪1台，恒温水浴装置1套，容量瓶(100mL)5只，移液管(25mL、50mL)各1支，洗瓶1只，洗耳球1只。

2、实验试剂

KCl标准溶液（0.1mol·L^-1），醋酸标准溶液（0.1 mol·L^-1），电导水。

四、实验步骤

（1）将恒温水浴温度调至(25.0±0.1)℃或(30.0±0.1)℃。

（2）测定电导池常数K_cell

倾去电导池中蒸馏水(电导池不用时，应把两铂黑电极浸在蒸馏水中，以免干燥致使表面发生改变)。将电导池和铂电极用少量的0.1mol·L^-1 KCl溶液洗涤2-3次后，装入0.1mol·L^-1 KCl溶液，恒温后，用电导率仪测其电导率，重复测定三次。

（3）测定电导水的电导率

倾去电导池中的KCl溶液，用电导水洗净电导池和铂电极，然后注入电导水，恒温后测其电导率，重复测定三次。

（4）测定HAc溶液的电导率

①倾去电导池中电导水，将电导池和铂电极用电导水洗净吹干，在电导池中注入25mL 0.1mol·L^-1  HAc溶液，插入干净干燥的铂电极。恒温十分钟，用电导率仪测其电导率，测至三次读数接近为止，求这三次的平均值。

②用移液管吸取25mL电导水注入电导池，此时溶液浓度为原始浓度的均匀混合后恒温十分钟，用同样的方法测定其电导率。

③用移液管从电导池中吸出25mL弃去，用另一移液管再取25mL电导水注入，均匀混合后恒温十分钟，此时溶液的浓度为原来的，用同样的方法测定其电导率。

④重复上述③操作，依次测定浓度为原溶液的，的电导率。

（5）测定强电解质的电导率

按照4的操作，依次测定不同浓度的KCl溶液的电导率。

五、注意事项

（1）实验中温度要恒定，测量必须在同一温度下进行。

（2）测定溶液电导率前，都必须将电导电极及电导池洗涤干净，并用待测液润洗2～3次，以免影响测定结果。而本实验步骤4、5中，溶液浓度的准确是要依靠体积的准确来保证，此时电导电极及电导池洗涤干净后就不能用待测液润洗，而应吹干。

六、实验记录与处理

1、实验数据记录

室温：               气压：                   恒温水浴温度：             

                                        ：                      

2、数据处理：

（1）计算电导池常数K_cell。

（2）计算各浓度的醋酸溶液的真实电导率。

（3）根据公式（2）计算醋酸和氯化钾在各浓度下的摩尔电导率。

（4）计算醋酸在各个浓度下的电离度a，计算电离平衡常数K_c。

（5）按公式(4)以cΛ_m对作图应得一直线，由直线的斜率和截距可求得,查阅相应的文献值，比较实验值与文献值，进行误差分析。

（6）以KCl溶液的Λ_m对作图，外推求，并与文献值比较。

七、思考题

（1）为什么要测电导池常数？如何得到该常数？

（2）测电导时为什么要恒温？实验中测电导池常数和溶液电导率，温度是否要一致？

（3）设计一个实验，用电导法测定难溶盐PbSO₄的溶解度，并写出实验方案。

参考文献

[1] 傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学（下册，第五版）[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2] 东北师范大学等校编.物理化学实验（第二版）[M].北京:高等教育出版社1982.

[3] W·J·Moore 编.江逢霖等译.基础物理化学[M].上海:复旦大学出版社,1992.

[4] P.W.Atkins, J.de. Paula, Atkins’ Physical Chemistry, 8^th ed[M]. Oxford University Press 2006.

附录一  电导率仪的使用：

1、仪器量程显示范围

本仪器设有四档量程。当选用电导池常数J₀=1电极测量时，其量程显示范围如表1。

表  78-1  J₀=1时仪器各量程段对应量程显示范围 (μS ·cm^-1)

   注：量程1、2档，单位μS·cm^-1；量程3、4档，单位mS·cm^-1。

2、电导池常数测定方法

配制电导率标准溶液。标准物质用氯化钾，按表2要求配制。

清洗、清洁待测电极，接入仪器，插入溶液。 测量开关置“校正”档，调节常数校正钮，使仪器显示1.00。测量开关置 “电导”档，读出仪器读数D_表。

计算：J_待=K_标/D_表：

J_待：待测电极的电导池常数，单位cm^-1；

K_标：标准溶液电导率，由表2查得，单位S·cm^-1；

  D_表：仪器显示读数，单位μS或mS，由仪器所用量程档得。

（计算时， J_待与K_标应统一单位。用μS·cm^-1或mS·cm^-1）

表  78-2  电导率标准溶液浓度及其电导率值（15℃-35℃）

3、测量

选择合适规格常数电极，根据电极实际电导池常数，仪器进行常数校正。经校正后，仪器可直接测量液体电导率。将测量开关置“测量”档，选用适当的量程档，将清洁的电极插入被测液中，仪器显示该被测液在溶液温度下的电导率。

4、仪器维护和注意事项

（1）电极应置于清洁干燥的环境中保存。

（2）电极在使用和保存过程中，因受介质、空气侵蚀等因素的影响，其电导池常数会有所变化。电导池常数发生变化后，需重新进行电导池常数测定（测定方法见电导池常数测定方法” ）。仪器应根据新测得的常数重新进行 “常数校正”。

（3）测量时，为保证样液不被污染，电极应用去离子水（或二次蒸馏水）冲洗干净，并用样液适量冲洗。

    （4）当样液介质电导率小于1μS·cm^-1时，应加测量槽作流动测量。

（5）选用仪器量程档应参照表1。能在低一档量程内测量的，不放在高一档测量。在低档量程内，若已超量程，仪器显示屏左侧第一位显示1（溢出显示）。此时，请选高一挡测量。

附录二  水的处理

重蒸馏水：蒸馏水是电的不良导体。但由于溶有杂质，如二氧化碳和可溶性固体杂质，它的电导显得很大，影响电导测量的结果，因而需对蒸馏水进行处理。

处理的方法是，向蒸馏水中加入少量高锰酸钾，用硬质玻璃烧瓶进行蒸馏。本实验要求水的电导率应小于1×10^-4 S·m^-1。

（编写：杨朝霞      校核：刘文萍）