电导法测定乙酸电离平衡常数

电导法测定乙酸电离平衡常数

一．目的要求

(1)掌握电导、电导率、摩尔电导率的概念以及它们之间的相互关系； (2)掌握电导法测定弱电解质电离平衡常数的原理。 二．实验原理

1．电离平衡常数c K 的测定原理

在弱电解质溶液中，只有已经电离的部分才能承担传递电量的任务。在无限稀释的溶液中可以认为弱电解质已全部电离，此时溶液的摩尔电导率为∞

Λm ，可以用离子的极限摩尔电导率相加而得。而一定浓度下电解质的摩尔电导率m Λ与无限稀释的溶液的摩尔电导率∞

Λm 是有区别的，这由两个因素造成，一是电解质的不完全离解，二是离子间存在相互作用力。二者之间有如下近似关系：∞ΛΛ=

m

m

α （1）

式中为弱电解质的电离度。

对AB 型弱电解质，如乙酸（即醋酸），在溶液中电离达到平衡时，其电离平衡常数c K 与浓度c 和电离度α的关系推导如下：

CH 3COOH →CH 3COO － + H

＋

起始浓度 c 0 0 平衡浓度 c (1－α) c α c α

则

α

α-=12

c K C

(2)

以式（1）代入上式得：

)

(2m m m m

c c K Λ-ΛΛΛ=∞

∞ (3)

因此，只要知道∞

Λm 和m Λ就可以算得该浓度下醋酸的电离常数c K ； 将式（2）整理后还可得：

c m m

c

m m K K c ∞∞Λ-ΛΛ=Λ1

2

（4）

由上式可知，测定系列浓度下溶液的摩尔电导率m Λ，将c m Λ对m

Λ1

作图可得一条直线，由直线斜率可测出在一定浓度范围内c K 的平均值。 2．摩尔电导率m Λ的测定原理

电导是电阻的倒数，用G 表示，单位S （西门子）。电导率则为电阻率的倒数，用k 表

示，单位为G·m -1

。

摩尔电导率的定义为：含有一摩尔电解质的溶液，全部置于相距为1 m 的两个电极之间，这时所具有的电导称为摩尔电导率。摩尔电导率与电导率之间有如下的关系：

c

k m =

Λ

（5）

式中c 为溶液中物质的量浓度，单位为mol·m -3

。

在电导池中，电导的大小与两极之间的距离l 成反比，与电极的面积A 成正比。

l

A k

G = （6）

由（6）式可得：

G K G A

l

k cell ==

（7）

对于固定的电导池，l 和A 是定值，故比值A l 为一常数，以cell K 表示，称为电导池常数，单位为m -1

。为了防止极化，通常将铂电极镀上一层铂黑，因此真实面积A 无法直接

测量，通常将已知电导率k 的电解质溶液（一般用的是标准的0.01000mol·L -1

KCl 溶液）注入电导池中，然后测定其电导G 即可由（7）式算得电导池常数cell K 。

当电导池常数cell K 确定后，就可用该电导池测定某一浓度c 的醋酸溶液的电导，再用（7）式算出k ，将c 、k 值代入（5）式，可算得该浓度下醋酸溶液的摩尔电导率。

在这里，∞

Λm 的求测是一个重要问题，对于强电解质溶液可测定其在不同浓度下摩尔电导率再外推而求得，但对弱电解质溶液则不能用外推法，通常是将该弱电解质正、负两种离子的无限稀释摩尔电导率加和计算而得，即：

∞

--∞++∞+=Λ,,m m m v v λλ

（8）

不同温度下醋酸∞

Λm 的值见表2.5。

不同温度下醋酸∞

Λ的值(S·m 2

·mol -1

)

DDBJ-350便携式电导率仪，电导电极，恒温槽，烧杯、锥型瓶，移液管（25mL ）； 0.0200 mol·L -1 KCl 标准溶液，0.200 mol·L -1 HAc 标准溶液

四．实验步骤

1．调节恒温水槽水浴温度至25℃（室温偏高，则水浴温度调节到35℃）。将实验中要测定的溶液恒温。

2．校准便携式电导率仪的电导池常数

按下电导率仪“on/off”键打开仪器→按“▲”或“▼”键到con （通常打开即是此模式）→按“模式/测量”键到模式状态→按“▲”或“▼”键调节模式状态，至左下角出现CONT →按“▲”或“▼”键至左下角出现CAL →按“确定”键，按“确定”键，左下角出现CA-M ，按“▲”或“▼”键调节0.02mol/L 的KCl 溶液的电导率大小至0.276 S/m(35℃时为 0.331 S/m )，按“确定”键出现标定好的电导池常数，再按“确定”键输入电导池常数。按“模式/测量”键到测量状态。 3．测量醋酸溶液的电导率

标定好电导池常数后，将两电极用蒸馏水洗净，用吸水纸吸干液体。处理好的电极插入到0.2 mol/L 25mL 醋酸溶液中测量电导率。再用标有“电导水”字样的移液管吸取25mL 水并注入到醋酸溶液中稀释到0.1 mol/L 。此时不要将电极取出。测量后，用标有“0.1”字样的移液管吸取25mL 溶液弃去，用标有“电导水”字样的移液管吸取25mL 水并注入到醋酸溶液中稀释到0.05 mol/L ，摇匀后测量电导率。如此依次测定0.2 mol/L 、0.1 mol/L 、0.05 mol/L 、0.025 mol/L 、0.0125 mol/L 醋酸溶液的电导率。 记录相应浓度醋酸的电导率，并计算电离度和解离常数。

4．用蒸馏水清洗电导电极和温度电极，将电极浸泡在盛有蒸馏水的锥形瓶中以备下一次实验用。

五．数据处理

(1)．将原始数据及处理结果填入下表：