实验2 电导法测定弱电解质的电离常数

实验二 电导法测定弱电解质的电离常数

一、实验目的

1. 掌握电导测量的原理和方法。

2. 学会使用 DDS-11A 型电导率仪，测定弱电解质电离平衡常数的方法。

二、实验原理

AB 型（如HAc ）弱电解质在溶液中的电离达到平衡时，

HAc

= H + + Ac - c(1-αc )

cαc

cαc

其电离平衡常数（K c ）与浓度（c ）、电离度（αc ）之间有如下的关系：

c

c c

c K αα-=12

(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αc ，代入上式就可以求出K c 。

醋酸溶液的电离度可用电导法测定，溶液的电导用电导率仪测定。测定溶液的电导，要将被测溶液注入电导池中，如图1所示。

图1 浸入式电导池

若两电极间距离为l ，电极的面积为A ，则溶液电导G 为：

G=К

A/1

式中：К为电导率。电解质溶液的电导率不仅与温度有关，还与溶液的浓度有关。因此常用摩尔电导m λ来衡量电解质溶液的导电能力。m λ与К之间的关系为：

m λ=10-3К/c

式中m λ的单位是S·m 2·mol -1，К的单位为S·m -1，c 的单位为mol·dm -3。 对于弱电解质，电离度αc 等于浓度为c 时的摩尔电导(m λ)和溶液在无限稀释时的摩尔电导(∞

m λ )之比，即：

∞

=m

m

c λλα (2)

将式(2)代入式(1)：

)

(2

m m m m c

c c K λλλλ-=∞∞ c

m κλ=

∞∞-⋅=m c m c K c

K λκ

λκ2

)(

以κ对

κ

c 作图应为一直线，其斜率为2

)(∞m c K λ ，截距为)(∞

m c K λ ，根

据斜率和截距可算出 K c 和

∞m λ 。

三、仪器及试剂

仪器：恒温装置 1套，DDS-11A 型电导率仪，电导电极，移液管（25 ml 、5 ml 和 1 ml 各 1支），容量瓶（50 ml 5只），250 ml 烧杯1只，洗耳球1只。

药品：0.0100 mol•dm -3 KCl 溶液（KCl 于110℃烘4h ），0.1000 mol•dm -3 HAc 溶液，电导水。

四、实验步骤

1．调节恒温槽温度为25±0.1 ℃。

2．配制溶液：准确配制浓度为0.050、0.010、0.0050、0.0010 和0.0005 mol•dm-3的HAc溶液。

3．测定电导池常数(K cell)（即电极常数）：倾去电导池中的纯水（为防止电导电极干燥后吸附杂质，及干燥后的电极浸入溶液时表面不易完全浸润引起气泡，造成表面积发生变化等而影响测量结果，常将电导电极浸在电导池内的纯水中）。然后用少量的0.0100 mol•dm-3KCl 溶液洗涤电导电极三次，加入0.0100 mol•dm-3 KCl 溶液，使液面超过电极铂片1～2 cm，再移入25±0.1 ℃恒温槽中恒温10 分钟后用电导仪测量（DDS-11A 型电导率仪的使用方法详见附录）。测量时，将DDS-11A 型电导率仪“量程”档开关置于“200”档，将“测量/校准”开关扳至“校正”位置，调节“常数”旋钮使屏幕显示为“1.00”。将“测量/校准”开关扳至“测量”位置，读出屏幕显示的KCl标准溶液的电导（S2），电导池常数K cell=S1/S2，S1为KCl标准溶液的电导率（0.01mol/L KCl标准溶液，25℃时S1=1413μS/cm，30℃时S1=1552μS/cm），S2为测量得到的KCl标准溶液的电导。

4. 测定乙酸溶液的电导率：倒去KCl 溶液，用电导水充分洗净电导池及电导电极，再用少量0.0005 mol•dm-3 HAc 溶液洗涤电导池和电导电极三次，将电极浸入0.0005 mol•dm-3 HAc 溶液中，将“校准/测量”开关置于“测量”，将量程开关由大到小逐渐调节，直至所需测量范围，屏幕显示读数乘以量程开关倍率（C=1）即为被测溶液的实际电导率。数据记入表1中，重复测量两次一并记入表1中，取三次测量值的平均值作为该浓度HAc的电导率。同样方法，由稀到浓分别测定0.0010、0.0050、0.0100、0.0500 和0.1000 mol•dm-3的HAc溶液的电导率，一并记入表1。

5. 同法测定电导水的电导率，重复测定三次。以校正电导水对溶液电导率的影响。

6．将恒温槽温度调至35±0.1℃，同法测量不同浓度HAc的电导率，列于表2。

7．实验结束后，先关闭各仪器的电源，用蒸馏水充分冲洗电导池和电极，

并将电极浸入蒸馏水中备用。

表1 25℃不同HAc浓度时的电导率

表2 35℃不同HAc浓度时的电导率

五、结果与讨论

1. 计算κ

c

并列于表1和表2中。

2. 以κ对

κ

c

作图，根据斜率和截距计算不同温度下的 K c 和 ∞m

λ 。

六、注意事项

1. 为了提高实验精度，实验中的一切操作都必须采用电导水。常用的电导水是用离子交换树脂来制备的。为了除去其中的CO 2，要通入氮气几分钟。本实验中电导水以蒸馏水代替，通氮过程忽略。

2．实验过程中严禁用手触及电导池内壁和电极。

3．溶液的电导率对溶液的浓度很敏感，在测定前，一定要用被测溶液多次荡洗电导池和电极，以保证被测溶液的浓度与容量瓶中溶液的浓度一致。

4. 离子的极限摩尔电导率∞

m λ与温度有关，通常温度每升高1度，电导率增

加 2～2.5%， 因此测量前溶液要充分恒温。∞

m λ可由下式计算：

∞m λ（HAc ）=

H +、Ac -的极限摩尔电导率与温度的关系为：

)]25(01385.01[1082.349/4

12,-+⨯=⋅⋅--∞+

t mol m S H

m λ )]25(0238.01[109.40/412,-+⨯=⋅⋅--∞-

t mol m S Ac

m λ

式中t 为体系的摄氏温度。由上式可计算任何温度下HAc 的∞

m λ值。

七、思考题

1．测定电解质溶液的电导，为什么一般用交流电而不用直流电？

2．若实验过程中，电导池常数发生改变，它对 HAc 的电离常数有何影响？ 3．结合本实验结果，分析当HAc 浓度变稀时，К、m λ、αc 、K c 等怎样随浓度变化？你的实验结果与理论是否相符合？为什么？

4．将实验测定的K c 值与文献值比较，试述误差的主要来源。

)Ac ()H

(m

m -∞+

∞λ+λ