实验醋酸解离度和解离常数的测定

实验 醋酸解离度和解离常数的测定
一、实验目的
1、了解电导率法测定醋酸解离度和解离常数的原理和方法；
2、加深对弱电解质解离平衡的理解；
3、学习电导率仪的使用方法，进一步学习滴定管、移液管的基本操作。

二、提 要
醋酸CH 3COOH 即HA C ，在水中是弱电解质，存在着下列解离平衡：
)1(O H )q (HAc 2+α )q (Ac )q (O H 3α+α-+
或简写为
)q (HAc α )aq (Ac )aq (H -++
其解离常数为
{}{
}
{
}
θ
θ
θc
c c c c c c c
c K eq eq eq
)HA ()A ()H ()HA (a -+=
(2.1) 如果HAc 的起始溶度为c o ，其解离度为α，由于,)()(0a c Ac c H c eq eq ==-+代
入式（2.1）得：
θ
θ
αα
ααc
c c c c c HAc K )1()()()(a 2
00020-=-= (2.2)
某一弱电解质的解离常数K a 仅与温度有关，而与该弱电解质溶液的浓度无关；其解离度α则随溶液浓度的降低而增大 。

可以有多种方法用来测定弱电解质的α和K a ，本实验采用的方法是用电导率测定HAc 的α和K a 。

电解质溶液是离子电导体，在一定温度时，电解质溶液的电导（电阻的倒数）λ为 l kA =λ (2.3)
式中，k 为电导率．．．
（电阻率的倒数），表示长度l 为1m 、截面积A 为1m 2导体的电导；单位为S·m -1。

电导的单位为S[西（门子）]。

在一定温度下，电解质溶液的电导λ与溶质的性质及其溶度c 有关。

为了便于比较不同溶质的溶液的电导，常采用摩尔电导m λ。

它表示在相距1cm 的两平行电极间，放置含有1单位物质的量电解质的电导，其数值等于电导率k 乘以此溶液的全部体积。

若溶液的浓度为)dm ·mol (c 3-，于是溶液的摩尔电导为
c k 10kV 3m -==λ (2.4)
m λ的单位为12mol ·m ·S -。

根据式(2.2)，弱电解质溶液的溶度c 越小，弱电解质的解离度α越大，无限稀释时弱电解质也可看作是完全解离的，即此时的%100=α。

从而可知，一定温度下，某浓度c 的摩尔电导m λ与无限稀释时的摩尔电导∞λ,m 之比，即为该弱电解 质的解离度： ∞=,m m λλα (2.5)
不同温度时，HAc 的∞λ,m 值中表 2.1所示。

表2.1 不同温度下HAc 无限稀释时的摩尔电导∞,m λ
温度T/K
273 291 298 303 )mol ·m ·S (12,m -∞λ
0.0245
0.0349
0.0391
0.0428
藉电导率仪测定一系列已知起始浓度的HAc 溶液的k 值。

根据式(2.4)及式(2.5)即可求得所对应的解离度α。

若将式(2.5)代入式(2.2)，可得：
{})(a ,,2
0m m m m
c K λλλ
λ-=∞∞
(2.6)
根据式(2.6)，可求得HAc 的解离常数K α。

三、仪器和药品
1、仪器
常用仪器：烧杯（100cm 3,5只） 锥形瓶（250cm 3,2只） 铁架 移液管（25cm 3,3支） 吸气橡皮球 滴定管（玻璃塞式；简易式） 滴定管夹白瓷板 洗瓶 玻璃棒 滤纸片 温度计（0~100℃，公用）
其它：pH 计（附玻璃电极、甘汞电极） 电导率仪（附铂黑电导电极） 2、药品
醋酸)dm · mol 1.0(c HA 3-
标准氢氧化钠NaOH(0.1mol·dm -3,4位有效数字) 邻苯二甲酸氢钾)dm ·mol 05.0()COO (H KHC 3246- 酚酞（1%）
四、仪器使用方法(见 化学实验的精密仪器——电导率仪) 五、实验内容
（一）醋酸溶液浓度的标定
用移液管（有哪些应注意之处？参见基本操作五中的移液管的使用）量取2份25.00cm 30.1mol·dm 3HAc 溶液，分别注入2只锥形瓶中，各加2滴酚酞溶液。

分别用标准NaOH 溶液滴定到溶液显浅红色，半分钟内不褪色即为终点，计算滴定所用的标准NaOH 溶液的体积，从而求得HAc 溶液的准确浓度。

重复上述实验，求出两次测定HAc 溶液浓度的平均值。

（二）系列醋酸溶液的电导率的测定
用移液管（有哪些应注意之处？参见基本操作五中的移液管的使用）量取25.00cm 3已标定的HAc 溶液置于烧杯中，另用移液管量取25.00cm 3去离子水与上述HAc 溶液混合。

用玻璃棒搅拌均匀。

按电导率仪中的操作步骤，使用铂黑电导电极，将高低周开关拨到“低周”，测定所配制的HAc 溶液的电导率。

随后，用移液管从已测定过电导率的溶液中取出25.00cm 3，并弃去；再用另一支移液管加入25.00cm 3去离子水1[注1]，搅拌均匀，测定此稀释后HAc 溶液的电导率。

如此不断稀释，测定电导率共4~6次。

记录实验时室温与不同起始浓度时的电导率k 数据。

根据表2.1的数值，得到实验室温下HAc 无限稀释时的摩尔电导∞,m λ2[注2]。

再按式(2.4)计算不同超始浓度时的摩尔电导m λ。

即可由式(2.5)求得各浓度时HAc 的解离度α。

根据式(2.2)或式(2.6)的计算，取平均值，可得HAc 的解离常数K a 。

六、数据记录和处理
（1）醋酸溶液浓度的标定 表一
实 验 编 号
Ⅰ Ⅱ 滴定后NaOH 液面的位置3a 2cm )OH N (V 滴定前NaOH 液面的位置31cm )NaOH (V 滴定中用去NaOH 溶液的体积3cm )NaOH (V
两次滴定用去NaOH 体积的平均值3av cm )NaOH (V 标准NaOH 溶液的浓度)dm ·mol ()NaOH (c 3- 滴定中取用HAc 溶液的体积3cm )HAc (V
HAc
溶
液
的
浓
度
)dm ·mol ()HAc (c 3-
)()()(HAc V NaOH V NaOH c av =
[注1] 为使实验结果不产生较大的误差，本实验所用去离子水的电导率应不大于1.2×10-3S·m -1。

[注2] 若室温不同于表2.1中所列温度，可用内插法近似求得所需的∞,m λ值。

例如，室温为295K 时，HAc 无限稀释时的摩尔电导∞,m λ为
1
212,n 1
21
212mol ·m · S 0373.0mol ·m · S )x 0349.0(mol ·m ·S 0024.x K )291295(K
)291298(mol · m · xS mol ·m · S )0349.00391.0(--∞---=+=λ=--=-
（2）醋酸溶液的电导率、醋酸的解离度和解离常数的测定 表二
实 验 编 号 HAc 溶液的起始浓度
)dm ·mol ()HAc (c 30-
电导率
)m ·S (k 1-
摩尔电导
)mol ·m · S (12m -λ
离
解
度 α
)1(20αα-c 或 {}
)(c m 2m 0,m ,m λ-λλλ∞
∞
Ⅰ 2/0c Ⅱ 4/0c Ⅲ 8/0c
Ⅳ 16/0c
Ⅴ
32
/0c
实验时室温T/K 无限稀释时的摩尔电导)mol ·m · S (12,m -∞λ K α
七、预习要求
1、了解两种不同方法测定HAc 解离度和解离常数的原理。

2、预习实验及计算中的有效数字。

3、预习基本操作五中的容量瓶、滴定管的使用以及精密仪器四（电导率仪）。

八、附录：测定醋酸解离度和解离常数的另外两个方法
方法一：pH 法测定HAc 的α和K a
（一）原理
在一定温度下，用pH 计（又称为酸度计）测定一系列已知溶液的HAc 溶液的pH 值，按pH={}
Θ+Θ+-C H C c H c )()(lg 。

根据)c H (c 0eq α=+，即可求得一系列对应的HAc 的解离度α和)1(c 20α-α值。

这一系列)1(c 20α-α值应近似为一常数，取其平均值，即为该温度时HAc 的解离常数K a 。

（二）方法
1、醋酸溶液浓度的标定（同电导率法的标定）
2、系列醋酸溶液的配制和pH 值的测定
将上述已标定的HAc 溶液装盛到玻璃塞式滴定管中，并从滴定管中分别放出48.00cm 3、24.00cm 3、12.00cm 3、6.00cm 3、3.00cm 3该HAc 溶液于5只干燥的烧杯（为什么需要干燥的？）中。

注意：接近所要求的放出体积时，应逐滴滴放，以确保准确度和避免过量。

藉另一支盛有去离子水的滴定管，往后面4只烧杯中分别加入24.00cm 3、36.00cm 3、42.00cm 3、45.00cm 3去离子水，使各烧杯中的溶液总体积均为48.00cm 3，混合均匀。

按上述所配制的系列醋酸溶液由稀到浓的顺序，并按精密仪器四中的pH 计中的操作步骤分别测定各HAc 溶液的pH 值。

记录实验时的室温，算出不同起始浓度HAc 溶液的α值及)1(c 20α-α值。

取所得)1(c 20α-α的平均值，即为HAc 的解离常数K a 实验值。

3、数据记录和处理
（1）醋酸溶液浓度的标定（同表一）
（2）醋酸溶液的pH 值、醋酸的解离度和解离常数的测定
实验
编号 不同浓度HAc 溶液的配制
HAc 溶液起如浓度 )dm ·mol ()HAc (c 3
0- pH
)dm ·mol ()H (c 3-+
a )1(c 20α-α 3cm )HAc (V 32cm )O H (V Ⅰ 48.00 0.00 Ⅱ 24.00 24.00 Ⅲ 12.00 36.00 Ⅳ 6.00 42.00 Ⅴ
3.00
45.00
实验室温T/K = 醋酸的解离常数K a =
方法二：缓冲溶液法测定HAc 的α和K a
（一）原理
根据缓冲溶液的计算公式
{}
)()(lg --=Ac c HAc c pK pH eq eq α (1)
若)Ac (c )HAc (c eq eq -=，则上式简化为
αpK pH =
由于
αα-=K lg pK (2)
因而如果将HAc 溶液分为体积相等的两部分，其中一部分溶液用NaOH 溶液滴定至终点（此时HAc 即几乎完全转化为Ac —），再与另一部分溶液混合，并测定该混合溶液（即缓冲溶液）的pH 值，即可得到HAc 的解离常数。

测定时无需知道HAc 和NaOH 溶液的浓度。

（二）方法
1、等浓度的醋酸和醋酸钠缓冲溶液的配制
用称液管量取25.00cm 3 0.1mol·dm -3HAc 溶液置于锥形瓶中，加入2滴酚酞溶液，用0.1mol·dm -3NaOH 溶液滴定至终点。

另用移液管量取
25,00cm30.1mol·dm-3HAc溶液与上述滴定后的溶液混合，摇荡锥形瓶，使之混合均匀。

2、醋酸和醋酸钠缓冲溶液pH值的测定
取适量上述相互混合的HAc-NaAc溶液置于烧杯中，按pH计的操作步骤测定其pH值。

记录实验时室温，计算HAc的解离常数K a。

重复进行一次，求得两次数据的平均值。

3、数据记录和处理
实验时室温T/K
HAc-NaAc混合溶液的pH值；
+；
HAc-NaAc混合溶液的)
H
)
(c3-
dm
(
·
mol
；
HAc的解离常数K
α
平均值：
45。