物理化学电导及其应用

物理化学实验报告

院系化学与环境工程学院

班级0409403

学号040940302

姓名

实验名称电导与其应用

日期2011-12-1

同组者姓名

室温12.9℃

气压977.3mmHg

成绩

一、实验目的

1.了解溶液电导的基本概念。

2.学会电导(率)仪的使用方法。

3.掌握溶液电导的测定及应用。

二、预习要求

掌握溶液电导测定中各量之间的关系，学会电导(率)仪的使用方法。

三、实验原理

1.弱电解质电离常数的测定

AB 型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数K C 与原始浓度C 和电离度α有以下关系：

2

C C K 1α

α

=

- (1)

在一定温度下K C 是常数，因此可以通过测定AB 型弱电解质在不同浓度时的α代入(1)式求出K C 。

醋酸溶液的电离度可用电导法来测定，图19.1是用来测定溶液电导的电导池。

将电解质溶液放入电导池内，溶液电导(G)的大小与两电极之间的距离(l)成反比，与电极的面积(A)成正比：

A G k

l

= （2）

式中，l A ⎛⎫

⎪⎝⎭

为电导池常数，以K cell 表示;κ为电导率。其物理意义：在两平行而相距1m ，面积均为1m 2

的两电极间，电解质溶液的电导称为该溶液的电导率，其单位以SI 制表示为S·m -1

(c·g·s 制表示为S·cm -1

)。

由于电极的l 和A 不易精确测量，因此在实验中是用一种已知电导率值的溶液先求出电导池常数K cell ，然后把欲测溶液放入该电导池测出其电导值，再根据(2)式求出其电导率。

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 的两平行板电极之间的电导。以Λm 表示，其单位以SI 单位制表示为S·m 2·mol -1(以c·g·s 单位制表示为S·cm 2·mol -1)。

摩尔电导率与电导率的关系：

m C

κ

Λ=

(3)

式中，C 为该溶液的浓度，其单位以SI 单位制表示为mol·m -3

。对于弱电解质溶液来说，可以认为：

m m

α∞

Λ=

Λ

(4)

m ∞

Λ是溶液在无限稀释时的摩尔电导率。对于强电解质溶液(如KCl 、NaAc)，其Λm 和C 的

关系为(

)

m m 1C β

∞

Λ=Λ-。对于弱电解质(如HAc 等)，Λm 和C 则不是线性关系，故它不

能像强电解质溶液那样，从

m C Λ-

的图外推至C =0处求得m ∞

Λ。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

出水口

导线

电极

进水口

图 19.1 电导池

子的影响，对电解质+M A νν-来说，即+-m m m νλνλ∞∞∞

+-Λ=+。弱电解质HAc 的m ∞Λ可由强电解质HCl 、NaAc 和NaCl 的m

∞Λ的代数和求得， ()()()()()()-m m m

m

m

m

HAc H

Ac HCl NaAc NaCl λλ∞

∞

+

∞

∞∞∞Λ=+=Λ+Λ-Λ

把(4)代入(1)式可得：

()

2

m

C m

m

M

K =

∞∞ΛΛ

Λ

-Λ (5)

或 ()

2

m m C m C

m

1C =K K ∞∞

ΛΛ-ΛΛ (6) 以m C Λ对

m

1Λ作图，其直线的斜率为

()2

m C K ∞Λ，如知道m ∞

Λ值，就可算出K C 。 2.CaF 2(或BaSO 4)饱和溶液溶度积(K SP )的测定

利用电导法能方便地求出微溶盐的溶解度，再利用溶解度得到其溶度积值。CaF 2的溶解平衡可表示为：

CaF 2 Ca 2+ + 2F -

K SP = C (Ca 2+)·［C(F -)2 = 4C 3 (7)

微溶盐的溶解度很小，饱和溶液的浓度则很低，所以(3)式中Λm 可以认为就是m ∞

Λ(盐)，C 为饱和溶液中微溶盐的溶解度。

()()

m C

κ∞

Λ=

盐盐 （8）

κ(盐)是纯微溶盐的电导率。注意在实验中所测定的饱和溶液的电导值为盐与水的电导之和:

G (溶液)=G (H 2O)+G (盐) (9)

这样，整个实验可由测得的微溶盐饱和溶液的电导利用(9)式求出G (盐)，利用(2)式求出κ(盐)，再利用(8)式求出溶解度，最后求出K SP 。

四、仪器药品

1.仪器

电导仪(或电导率仪)1台；恒温槽1套；电导池1只；电导电极1只；容量瓶(100mL)5只；移液管(25mL 、50mL)各1只；洗瓶1只；洗耳球1只。

2.药品

10.00mol·m-3KCl溶液；100.0mol·m-3HAc溶液；CaF2(或BaSO4)(分析纯)。

五、实验步骤

1.HAc电离常数的测定

(1)在100mL容量瓶中配制浓度为原始醋酸(100.0mol·m-3)浓度的1/4，1/8，1/16，1/32，1/64的溶液5份。

(2)将恒温槽温度调至(25.0±0.1)℃或(30.0±0.1)℃，按图17.1所示使恒温水流经电导池夹层。

(3)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10.00mol·m-3KCl溶液洗涤2～3次后，装入10.00mol·m-3KCl溶液，恒温后，用电导仪测其电导，重复测定三次。

(4)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)值，重复测定三次。

(5)测定HAc溶液的电导(率)

倾去电导池中电导水，将电导池和铂电极用少量待测HAc溶液洗涤2～3次，最后注入待测HAc溶液。恒温后，用电导(率)仪测其电导(率)，每种浓度重复测定三次。

按照浓度由小到大的顺序，测定各种不同浓度HAc溶液的电导(率)。

2.CaF2(或BaSO4)饱和溶液溶度积K SP的测定

取约1gCaF2(或BaSO4)，加入约80mL电导水，煮沸3min～5min，静置片刻后倾掉上层清液。再加电导水、煮沸、再倾掉清液，连续进行五次，第四次和第五次的清液放入恒温筒中恒温，分别测其电导(率)。若两次测得的电导(率)值相等，则表明CaF2(或BaSO4)中的杂质已清除干净，清液即为饱和CaF2(或BaSO4)溶液。

实验完毕后仍将电极浸在蒸馏水中。

六、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。恒温槽的温度要控制在(25.0±0.1)℃或(30.0±0.1)℃。