电导法测定弱电解质的电离常数

2
斜率: 截距:
l • 实验时，先测已知电导率的标准KCl溶液的电导，由式 κ = G 实验时，先测已知电导率的标准 溶液的电导， 溶液的电导 A
• 求出电导池常数 仍由 Λm、
l 的电导， 。再依浓度顺序测出系列未知溶液 C 的电导， i A κ l 式求出未知溶液的电导率。再通过 式求出未知溶液的电导率。 Λm = 式求出 κ = G C A
测定装置示意图
图1. 测定电导率装置图 1.DDS-303A电导率仪；2.恒温瓶；3.铂黑电导电极； 电导率仪； 恒温瓶 恒温瓶； 铂黑电导电极 铂黑电导电极； 电导率仪 4.待测溶液；5.恒温循环水；6.磁力搅拌器 待测溶液； 恒温循环水 恒温循环水； 磁力搅拌器 待测溶液
实验步骤
1. 2. 调节恒温槽温度为25± ℃ 打开电导率仪预热 打开电导率仪预热10min以上。 以上。 调节恒温槽温度为 ±0.2℃.打开电导率仪预热 以上 校准电导池常数：用标准 溶液分别润洗恒温瓶和铂黑电导电极， 校准电导池常数：用标准KCl溶液分别润洗恒温瓶和铂黑电导电极， 溶液分别润洗恒温瓶和铂黑电导电极 然后用50ml量筒量取大概 量筒量取大概50ml的标准 的标准KCl溶液，倒入恒温瓶中， 溶液， 然后用 量筒量取大概 的标准 溶液 倒入恒温瓶中， 打开磁力搅拌器，调节温度补偿，将电导率仪调节到测量档， 打开磁力搅拌器，调节温度补偿，将电导率仪调节到测量档，测量 标准KCl溶液的电导率，等电导率仪读数稳定后，将读数调节到 溶液的电导率， 标准 溶液的电导率 等电导率仪读数稳定后， 1413µS/cm。 。 然后倒掉KCl溶液，用最小浓度的醋酸溶液润洗恒温瓶和电导电极， 溶液，用最小浓度的醋酸溶液润洗恒温瓶和电导电极， 然后倒掉 溶液 然后倒50ml待测溶液入恒温瓶，待电导率仪读数稳定后，记下来 待测溶液入恒温瓶， 然后倒 待测溶液入恒温瓶 待电导率仪读数稳定后， 读数，即为此溶液的电导率。 读数，即为此溶液的电导率。 重复3步 测量其他待测溶液的电导率值。 重复 步，测量其他待测溶液的电导率值。 最后测量二次水的电导率。 最后测量二次水的电导率。 测定完毕就让电极浸泡在二次水中。关闭各仪器电源、自来水开关， 测定完毕就让电极浸泡在二次水中。关闭各仪器电源、自来水开关， 结束实验。 结束实验。
由此可算出不同浓度的醋酸溶液的相关物理量，如表 由此可算出不同浓度的醋酸溶液的相关物理量，如表2 所示。 所示。
表2 醋酸系列溶液的理论计算值
测试液 HAc(1) HAc(2) HAc(3) HAc(4) HAc(5) Ci （mol·m-3） 1×10-2 × 1×10-1 × 1 1×101 × 1×102 ×
κi
(S·m-1)
Λm(i)（S·m2·mol-1） （ 2.782×10-2 × 1.331×10-2 × 4.851×10-3 × 1.605×10-3 × 5.149×10-4 ×
CΛm2(i) 7.740×10-6 × 1.772×10-5 × 2.353×10-5 × 2.576×10-5 × 2.651×10-5 ×
κi
κi
Λi
减小， 增加。 减小， 2 增加。当我们通 CΛ i
计算
Λi
，进而计算
CΛ2i
0.0002782 0.001331 0.004851 0.01605 0.05149
由表2可以看出，随着醋酸浓度的增加， 增加， 由表 可以看出，随着醋酸浓度的增加， 增加， 可以看出 过
时，由于数据一直在放大，故测定误差也在放大。 由于数据一直在放大，故测定误差也在放大。 CΛ2i Λi 因而，若不能把测定误差控制在一定范围， 因而，若不能把测定误差控制在一定范围， 就有可能不随 的减小而单 调增加。根据这一特性，我们完全有理由把那些反常实验点去掉。 调增加。根据这一特性，我们完全有理由把那些反常实验点去掉。
3.
4. 5. 6.
数据记录与数据处理
• 1. 数据记录 • 实验温度：25±0.1℃ ，当天大气压： 实验温度： ± ℃ 当天大气压： • 0.01000 mol·L-1标准 标准KCl的 k=1.413mS·cm-1 的 • 其他原始数据记入表 中。 其他原始数据记入表1中 •
测试液 HAc(1) HAc(2) HAc(3) HAc(4) HAc(5) 二次水
2
θ Λ∞ 和K c m
θ (3) 查阅相关文献，找出醋酸的 Λ∞ 、K c 及纯水的电导率，计算测 查阅相关文献， 及纯水的电导率， m
献值的百分误差。 定值与文 献值的百分误差。
注意事项
• 铂黑电导电极使用前要放在蒸馏水中活化 铂黑电导电极使用前要放在蒸馏水中活化24h • 磁力搅拌器的搅拌速度不能太快，以免打碎铂电 磁力搅拌器的搅拌速度不能太快， 极。 • 测量前电导率仪要预热 测量前电导率仪要预热10min以上 以上 • 换溶液时要先用待测溶液洗恒温瓶和铂黑电导电 极3次。 次 • 待电导率仪读数稳定后，再记读数 。 待电导率仪读数稳定后，
2 数据处理方法的理论分析
θ • 由文献知： Λ∞ = 3.907 ×10−2 (S ⋅ m2 ⋅ mol −1 ), Kc = 1.76 ×10−5 由文献知： m
故，截距 ： b = Λ∞ = 3.907 ×10−2 (S ⋅ m2 ⋅ mol −1 ) m 斜率： 斜率：
1 k =− = −0.14543 ∞ θ KC ΛmC
物理化学实验讲义Βιβλιοθήκη 化学化工学院物理化学教研室
目的要求
1. 了解溶液电导、电导率、摩尔电导率等基 了解溶液电导、电导率、 本概念。 本概念。 2. 掌握用电桥法测量溶液电导的原理和电导 率仪的使用及溶液电导测定方法。 率仪的使用及溶液电导测定方法。 3. 了解浓度对弱电解质电导的 影响，用电 影响， 导法测定醋酸的电离平衡常数。 导法测定醋酸的电离平衡常数。
(
)
适用条件是什么？ 适用条件是什么？
5. 实验过程中，为什么要恒温？ 实验过程中，为什么要恒温？ 6. 电极在 不使用时，应把它浸在蒸馏水中，为什 不使用时，应把它浸在蒸馏水中， 么?
实验参考
1 影响电导率测定值的因素分析 • 温度、浓度、仪器稳定性等因素都影响测定结果。 温度、浓度、仪器稳定性等因素都影响测定结果。 特别是在浓度很稀时，更为敏感，例如， 特别是在浓度很稀时，更为敏感，例如，新试剂 瓶若未经测试液长时间浸泡，也会引入误差。 瓶若未经测试液长时间浸泡，也会引入误差。因 此，实验中应确保被测溶液与试剂瓶的溶液浓度 一致；建议读数时尽量保持恒温槽温度一致， 一致；建议读数时尽量保持恒温槽温度一致，因 为恒温槽的温度常有0.1℃左右的波动。 为恒温槽的温度常有 ℃左右的波动。
kPa
表1 醋酸系列溶液的测定值及计算值
C（mol·L-1） （ 1×10－3 × 1×10－2 × 0.025 0.050 0.10 / / / (S·m-1) Λm（S·m2·mol-1） CΛm2 Kc
数据处理方法
(1) 运用式（3）计算 m后，再计算 m2。 运用式（ ）计算Λ 再计算CΛ 数据，弃去明显不合理的数据， (2) 分析 m、CΛm2数据，弃去明显不合理的数据，以Λm对 分析Λ 条直线，求出直线的斜率 和截距 和截距b，根据式（ ） 条直线，求出直线的斜率k和截距 ，根据式（3）求出 作出一 CΛ m
思考题
1. 实验过程中，搅拌时应该注意什么问题？ 实验过程中，搅拌时应该注意什么问题？ 2. 简述电导率仪的使用方法，为什么测定溶液电导 简述电导率仪的使用方法， 要用交流电? 要用交流电 。 3. 为何要测电导池常数？如何测定？ 为何要测电导池常数？如何测定？ 4. 公式
c 2 Λm θ cθ Kc = ∞ ∞ Λm Λm − Λm
C 2 Λm θ θ 将其代入（ ） 将其代入（1）式，得： Kc = ∞ C ∞ Λm Λm − Λm
(
)
即：
Λm = −
1 2 CΛm + Λ∞ m KC Λ∞ Cθ m
1 θ Kc Λ∞ Cθ （2） m b = Λ∞ m k =−
以Λm 对
CΛ m 作图，可得一条直线，其 作图，可得一条直线，
C 2 α θ θ Kc = C (cθ = 1mol ⋅ dm−3 ) （1） 1−α
• 醋酸的电离度可用电导法来测定。 醋酸的电离度可用电导法来测定。 • 一定温度下，摩尔电导与电离产生的离子浓度成正比，因而也与α成 一定温度下，摩尔电导与电离产生的离子浓度成正比，因而也与 成 正比， 正比，即： α = Λ Λ∞ m
实验原理
• 一定温度下，醋酸在水中发生电离，设电离前醋酸的浓度 一定温度下，醋酸在水中发生电离， 为C( mol·L-1)，达到电离平衡时，电离度为 ，则： ，达到电离平衡时，电离度为α，
HAc
t=0 t=t 平 C C（1-α）
H+
0
+
Ac0 Cα
Cα
依标准电离平衡常数K 依标准电离平衡常数 θC 的定义 因此，只要测出 ，即可求出K 因此，只要测出α，即可求出 θC。
2 可由式（ ） ，则KθC、Λm∞可由式（2）求得 CΛ m
Λ∞ = b m θ 1 Kc = − kbCθ
（3）
仪器和试剂
• DDS-303A型数字电导率仪 型数字电导率仪 • 恒温瓶 • 磁力搅拌器 • 恒温槽 • 滴管 • 铁架台 • 铂黑电导电极 • 量筒。 量筒。 醋酸系列溶液 (50ml) 二次水 标准KCl溶液（0.01000mol·L-1） 溶液（ 标准 溶液