实验五 ,弱电解质电离常数的测定4444(新)

实验二 电导的测定及其应用——弱电解质电离常数的测定 一、 实验目的 1. 掌握电桥法测量电导的原理和方法 2. 测定电解质溶液的电导率，并计算弱电解质的电离常数 3. 了解电解质溶液的电导、电导率和摩尔电导率的概念 三、 实验原理 1. AB型（HAC）弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离常数KC与浓度c、电离度α之间有如下的关系                                                    （1） 对于弱电解质溶液来说，可以认为:                       （2） （2）式代入（1）式得                                         （3） 以对做图，其直线得斜率为，如知道值，就可以算出。 对于强电解质溶液(如KCl、NaAc)，其和C的关系为 。对于弱电解质(如HAc等)，和C则不是线性关系，故它不能像强电解质溶液那样，从 的图外推至C=0处求得 。但我们知道，在无限稀释的溶液中，每种离子对电解质的摩尔电导率都有一定的贡献，是独立移动的，不受其它离子的影响，对电解质 来说，即 。弱电解质HAc的 可由强电解质HCl、NaAc和NaCl的 的代数和求得，       (4) 2．按定义，将电解质溶液放入两平行得电极之间（两电极间的距离为，两电极的面积均为A），这时溶液的电阻为                   （5）   （）=Kcell为电导池常数，G为溶液的电导，故 的物理意义：是在两平行而相距1cm，面积均为1cm2的两电极间溶液电阻的倒数，成为电导率。由于电极的的和A不易精确地测量，因此在实验中是用一已知电导率值的溶液先求出电导池常数，然后把预测溶液放入该电导池内测出其电阻，利用（5）式算出其电导率，再按（6）式算出其摩尔电导率。摩尔电导率是指把含由1摩尔电解质的溶液只置于相距1m 的两平行电极间的电导率，故它与电导率的关系为              （6） 式中，c为该溶液的摩尔浓度，其单位以SI单位制表示为mol·m-3。 图1 交流电桥线路图 我们知道电导是电阻的倒数，测量电导就是测量电阻。在测量电解质溶液的电阻时必须用一定频率的交流电，通常取其频率为1000Hz，这是为了防止溶液的电解和电极的极化。所用电极必须是惰性的，一般用铂黑电极，以保证电极与溶液不发生化学反应。本实验用交流电桥法测量溶液的电阻，其线路如图1所示， R1、R2 和R3是三个交流电阻和电阻箱，Rx为待测溶液的电阻，D为示波器（或耳机），作为示零仪器，与交流电阻箱R1并联的一个可变电容，用于平衡电导电极的电容，以使交流电桥四个臂上获得阻抗平衡。 测定时调节R1、R2 和R3使示波器示零（或耳机消声），此时 R2/R3 =R1/ Rx，如果首先把两个电阻R2和R3调为相等，再调节R1、R2 和R3使示波器示零，则       R1/Rx=1  或  R1=Rx Rx的倒数即为所测溶液的电导。 四、仪器与药品 QJ23型携带式直流单电桥      XD2A型信号发生器 超级恒温槽                    电导池（铂电极）       耳机                           移液管              烧杯                            蒸馏水 KCl 0.0100mol/L溶液；            HAc 0.1000mol/L溶液 HAc 0.0500mol/L溶液              HAc 0.0250mol/L溶液 五、仪器示意图 图2  交流电桥法测量溶液的电阻 六、 实验步骤 1.调节恒温槽温度在250.1℃。 2.倾去电导池中的蒸馏水，用少量的0.01MKCl溶液润洗2～3次后，装入0.01MKCl溶液，使液面至少超过电极1～2cm，置于恒温槽中恒温5～10min，连续测其电阻三次，并记录所测数据。 3.倾去KCl溶液，用蒸馏水润洗1次，再用所测的HAc溶液润洗3次后，连续测其电阻三次，并记录所测数据。 4.依次测量三组不同浓度的HAc溶液的电阻。 5.实验完毕后仪器复零，电导池内装入少量蒸馏水。 七、数据记录与处理 1. 电导池常数Kcell： 25℃时，已知CKCl=0.01mol/L溶液的电导率为0.1411，计算电导池常数。计算各浓度HAc溶液的电导率和摩尔电导率，再根据式（1）、（2）、（3）求Kθ的值。 室温：                  实验次数   或 （） 测量值 平均值 开始时 1 2 3 计算各浓度醋酸溶液的电离平衡常数：    c(HAc) /mol·L-1 电阻  平均值 （） （） 0.025 0.05 0.1 可求；而。 文献值：摘自南京大学编物理化学第五版27页。298K，c(HAc)=50 mol·m-3时，。 八、问题讨论 1.实验关键点 ① ② ③ 2.为什么电桥的交流电源常选择在1000Hz，频率更高或更低对电导的测定会有什么利弊？ 答：我们所用耳机（或示波器）一般在1000Hz/s左右有较好的信号,另外更高1000Hz/s时仪容易出现问题（如烧坏等）, 更低时溶液发生极化。 3.为什么测定电池常数，如何测定？ 答：测定电导所用电极（铂黑电极）的两个电极的距离一般稳定不会变，但是电极面积随着时间通过杂志物的沉积变小，因此用厂家所测的电池常数再不能用，应该每次使用前测定出来。 测定方法是：用一定浓度的化学性质稳定的化合物（如KCl等）测定电阻以后，用该物质的比电导（电导率）来可以计算电池常数（参考“物化”P526） 4.韦斯顿电桥是测量哪种电学性质的？ (A) 电容      (B) 电位    (C) 电阻      (D)电感 答：(C) 5. 韦斯顿电桥法测定电解质溶液的电导，电桥所用的电源为：   (A) 220V，50 Hz市电        (B) 40V 直流电源 (C)一定电压范围的交流电源，频率越高越好    (D) 一定电压范围1000Hz左右的交流电 答：(D) 6．在电导实验测定中，需用交流电源而不是直流电源其原因是：   (A)防止在电极附近溶液浓度发生变化        (B)能准确测定电流的平衡点   (C)简化测量电阻的线路                    (D)保持溶液不致升温 答：(A) 7.计算示例 1. 电导池常数Kcell： 因25℃时，已知CKCl=0.01mol/L溶液的电导率为0.1411， 经测得Rx=414Ω，=1/414=0.00242 S，∴=0.1411/0.00242=58.42 实验次数   或 （） 测量值 平均值 开始时 1 413 414 0.00242 58.42 2 414 3 415 醋酸电离平衡常数： 由上步的58.42，由文献查得， =1/2231=4.482×10-4S =58.42×4.482×10-4=2.6184×10-2 S/m           =2.6184×10-2 S·m / 25 mol·m3=1.046×10-3         =1.046×10-3/390.7×10-4=2.68×10-2           =1.85×10-5     参数 HAc浓度 Rx (Ω) (Ω) κ （S/m） Λm （S·m2/mol） αC 0.025 mol·L-1 （25mol/m3） 2231 2231 2.6184×10-2 1.046×10-3 2.68×10-2 1.85×10-5 2230 2231 0.05 mol·L-1 (50mol/m3) 1577 1577 3.704×10-2 0.741×10-3 1.88×10-2 1.79×10-5 1576 1577 0.1 mol·L-1 (100mol/m3) 1113 1113 5.249×10-2 0.525×10-3 1.29×10-2 1.68×10-5 1113 1113