电导法测定弱电解质的解离平衡常数
实验九 电导法测定弱电解质的解离平衡常数
 
 
一  实验目的
1. 测定KCl水溶液的电导率,求算它的无限稀释摩尔电导率；
2. 用电导法测定醋酸在水溶液中的解离平衡常数；
3. 掌握DDS一11A型电导率仪的测量原理和使用方法；
二  实验原理
1. 电解质溶液的导电能力通常用电导G来表示，它的单位是西门子(Siemens)，用符号S (西)表示。若将某.电解质溶液放入两平行电极之间，设电极间距为l，电极面积为A，则电导可表示为：
        G =к                                      (11一1)
(11一1)式中，к为该电解质溶液的电导率，单位为S·m-1，它的数值与温度、溶液组成及电解质种类有关；l/A称为电导池常数；它的单位为m-1。
  在讨论电解质溶液的导电能力时，常用摩尔电导率Λm这个物理量，它与电导率к、溶液浓度c之间的关系如下：
        Λm=к/c                                      (11一2)
摩尔电导率的单位为S·m2·mol-1.
  2. Λm总是随溶液浓度的降低而增大。对强电解质稀溶液而言，其变化规律用科尔劳施(Kohlrausch)经验公式表示：
                              (11一3)
(11一3)式中，Λm∞为无限稀释摩尔电导率。对特定的电解质和溶剂来说，在一定温度下，A是一个常数。所以将Λm对作图得到的直线外推，可求得该强电解质溶液无限稀释摩尔电导率 Λm∞。
  3. 对弱电解质，其Λm∞无法利用(11一3)式通过实验直接测定，而是根据离子独立运动定律，应用强电解质无限稀释摩尔电导率计算出弱电解质无限稀释摩尔电导率，也可以从正、负两种离子的无限稀释摩尔电导率加和求得：
                   (11一4)
(11一4)式中, ,分别表示正、负离子的无限稀释摩尔电导率。不同温度下醋酸溶液Λm∞见表11一1。
表11一1不同温度下醋酸溶液的Λm∞
 
t/℃
t/℃
20
3.165
26
3.960
21
3.669
27
4.009
22
3.738
28
4.079
23
3.784
29
4.125
24
3.841
30
4.182
25
3.903
 
 
 
在弱电解质的稀薄溶液中，离子的浓度很低,离子间的相互作用可以忽略，可以认为它在浓度为c时的解离度α等于它的摩尔电导率Λm与其无限稀释摩尔电导率之比,即:
                  α=Λm /                                (11一5)
对1一1型弱电解质,例如醋酸,当它在溶液中达到解离平衡时,有:
HAcH+ +Acˉ
该反应的标准解离平衡常数Kº与浓度为c时解离度α之间有如下关系:
                                        (11一6)
(11一6)式中cº为溶质B的标准浓度, cº=1.00mol·dm-3，合并(11一5)和(11一6)两式，即得:
                               (11一7)
(11一7)式可改写为:
                  =+            (11一8)
(11一8)式为奥斯瓦尔德(Ostwald)稀释定律。根据(11一8)式，以1/Λm对cΛm作图可得一直线，其斜率为1/c°K°(Λm∞)2 。根据前面所给醋酸的无限稀释摩尔电导率Λm∞数据，即可求得Kº。
三  仪器与药品
    DDS一11A型电导率仪1台;铂黑电导电极1支;恒温槽装置1套;25cm3移液管3支; 50cm3移液管1支;三角烧瓶3只.
    KCl溶液(c = 0.0100mol·dm-3)；醋酸溶液(c=0.100mol·dm-3)；电导水。
四  实验步骤
1. 准备
    调节恒温槽温度至指定温度[25℃(或30℃)±0.1℃]。将电导率仪的“校正、测量”开关扳到“校正”位置，打开电源开关预热数分钟。电导率仪的原理和使用方法见附录。
    用移液管准确量取0.0100mol·dm-3 KCl溶液25.00cm3，放入三角烧瓶中，在另一个三角烧瓶中放入供电导法测定用的电导水。将它们放置在恒温槽内恒温5～10min。
2. 电导池常数的测定
    (1) 将电导电极用0.0100mol·dm-3 KCl溶液淋洗3次，用滤纸吸干(注意滤纸不能擦及铂黑)后，置入己恒温的KCl溶液中。把电导率仪的频率开关扳到“高周”挡。
    (2) 将电导率仪的量程开关扳到“×103”挡，调整电表指针至满刻度后，将“校正、测量”开关扳到“测量”位置，测量0.0100mol·dm-3 KCl溶液的电导。读取数据3次，取平均值。根据(11一1)式，求出电导池常数l/A(0.0100mol·dm-3 KCl溶液的电导率（见附表）。将电导池常数调节器旋在己，求得的电导池常数的位置.重新调整电表指针至满刻度。 测量0.0100mol·dm-3 KCl溶液的电导率。此时仪表示值应与该实验温度下0.0100mol·dm-3 KCl溶液的电导率的文献值一致。如不一致，重复步骤(2)的操作。在调整好以后，就不能再旋
动电导池常数调节器。
3. KCl溶液的电导率测定
    (1) 如上所述, 测量0.0100mol·dm-3 KCl溶液的电导率，并记录数据；
    (2) 取一支洁净的25cm3移液管, 准确量取25.00cm3己恒温的电导水，加入原先的KCl溶液，使KCl溶液的浓度稀释至0.0050 mol·dm-3，恒温2min，测定其电导率，读取数据3次，取平均值。在此后的测量中，随着待测溶液电导率的变化，要调整电导率仪的量程开关及其对应的频率(高、低周)开关，以达到使电表指针在表头上偏转最大的目的，从而能精确地进行测量；
    (3) 依次分别加入50.0、100、200 cm3己恒温的电导水, 恒温2min后, 测量各种不同浓度的KCl溶液的电导率。
4. 醋酸溶液的电导率测定
    (1) 将电导电极分别用电导水及0.100mol·dm-3HAc，溶液各淋洗3次,用滤纸吸干；
    (2) 用移液管准确量取0.100mol·dm-3HAc溶液25.00cm3，放入三角烧瓶中，将其放置在恒温槽内恒温5min, 测定其电导率；
    (3) 依次分别加入25.0,50.0,25.0 cm3电导水, 恒温2min后, 测量各种不同浓度的HAc溶液的电导率。
5. 电导水的电导率测定
将电导电极用电导水淋洗3次, 放入已恒温的电导水中。把电导率仪的频率开关扳到“低周”挡, 量程开关扳到“×1”挡。恒温2min后, 测量电导水的电导率。
整个实验结束后，将电导电极用电导水洗净，养护在电导水，关闭各仪器开关。
五  注意事项
1.普通蒸馏水常溶有CO2和氨等杂质，所以存在一定电导。因比做电导实验时，需要纯度较高的水，称为电导水。
2.温度对电导有较大的影响，所以整个实验必须在同一温度下进行。每次稀释溶液用的电导水必须温度相同，可以预先把电导水装入三角烧瓶, 置于恒温槽内恒温。
3.铂电极镀铂黑是为减小极化现象和增加电极表面积，使测定电导时有较高的灵敏度。铂黑电极在不使用时，应保存在电导水中，不可使之干燥。
六  数据记录与处理
1.    数据记录
室温:____；大气压力:_____；恒温槽温度:____。
(1) 测定KCl溶液的电导率：
 0.0100mol·dm-3 KCl溶液的电导率G/S:____；电导池常数l/A:_____。
记录表格
C (mol·m-3)
κ(S·m-1)
κ(S·m-1)
κ(S·m-1)
κ(S·m-1)
 
第1次
第2次
第3次
平均值
10.0
—
一
一
 
5.00
 
 
 
 
2.50
 
 
 
 
1.25
 
 
 
 
0.625
 
 
 
 
 
 (2) 测定HAc溶液的电导率
  电导水的电导率κ(H2O)/(S·m-1):______。
  记录表格：
C (mol·m-3)
κ(S·m-1)
κ(S·m-1)
κ(S·m-1)
κ(S·m-1)
 
第1次
第2次
第3次
平均值
0.100
 
 
 
 
0.0500
 
 
 
电导率仪的使用
 
0.0250
 
 
 
 
0.0200
 
 
 
 
 
2.      数据处理
(1)    将KCl溶液各组数据填入下表内：
C/(mol·m-3)
10.0
5.0
2.5
1.25
0.625
Λm/(S·m2·mol-1)
 
 
 
 
 
/(mol1/2·m-3/2)
 
 
 
 
 
 
以KCl溶液的Λm对作图，由直线的截距求出KCl的Λm∞。
(2)  HAc溶液的各组数据填入下表内：
 
c
κˊ
κ
Λm
α
K×105
1/Λm
cΛm
0.100
 
 
 
 
 
 
 
0.0500
 
 
 
 
 
 
 
0.0250
 
 
 
 
 
 
 
0.0200
 
 
 
 
 
 
 
 
表中кˊ为所测HAc溶液的电导率，к为扣去同温下电导水的电导率к(H2O)后的数值，即:
                           к=кˊ-к(H2O)
求出HAc溶液标准解离平衡常数的平均值<K0>。
以HAc溶液的1/Λm对cΛm作图，由直线的斜率求算K0，并与<K0>进行比较。
（3） 将KCl溶液和HAc溶液的电导率数据输入计算机，分别求出KCl分别求出溶液的和HAc溶液的Kº。
七  思考题
1. 为什么要测定电导池常数？电导池常数是否可用尺子来测量？
2. 如果配制醋酸溶液的水不纯，将对结果产生什么影响？
 
 
附录 DDS一11A型电导率仪的原理和使用方法
  DDS一11A型电导率仪是测定液体电导率的基本仪器.它是直读式的，测量范围广，操作简便，还可以自动记录电导值的变化状况。下面简单介绍DDS一11A型电导率仪，仪器外貌见图11一1。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
一  测量原理
 
在图11一1中，稳压电源输出稳定的直流电压，供给振荡器和放大器，使它们工作在稳定状态. 振荡器输出电压不随电导池电阻变化而改变，从而为电阻分压回路提供一稳定的标准电势E. 电阻分压回路由电导池Rx和测量电阻箱Rm串联组成，E加在该回路AB两端，产生测量电流Ix 。根椐欧姆定律：
Ix ==
 
 
 
 
所以：
Em==
 
式中G为电导池溶液电导。

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