实验六：电导法测弱电解质HAc的电离平衡常数知识分享

实验六：电导法测弱电解质H A c的电离平

衡常数

实验六：电导法测弱电解质的电离平衡常数

一、实验目的：

1、掌握惠斯登电桥法测定电导的原理。

2、学会实验测量的操作技术。

3、学会图解法求算解离度，了解电导测定的应用。

二、实验原理：

电解质溶液的导电能力由电导G来量度，它是电阻的倒数，即：

电导的单位是“西门子”，符号为“S”,。

将电解质溶液放入两平行电极之间，若两电极距离为l，电极面积为A，则溶液的电导为：

式中电导率，其物理意义是l=1m，A=1m2时溶液的电导，其单位为S·m-1。定义电导池系数

则

通常将一个电导率已知的电解质溶液注入电导池中，测其电导，根据上式即可求出K cell。

在研究电解质溶液的导电能力时，经常使用摩尔电导率,其定义为：

式中c为电解质溶液的浓度，的单位是：S·m2·mol-1。

对于弱电解质（例如醋酸）来说，由于其电导率很小，所以测得的溶液的电导率应包括水的电导率，即

电解质溶液是由正、负离子的迁移来传递电流的，在弱电解质溶液中，只有解离部分的离子才对电导有贡献，而在无限稀释的溶液中，电解质全部解离，其摩尔电导率

是正、负离子的极限摩尔电导率之和。即

式中ν+，ν-分别为正、负离子的化学计量数，可查表得到。

与的差别来自两个因素，一是电解质的不完全电离，二是离子间的相互作用。若溶液中离子浓度很低，彼此相隔较远，相互作用力可以忽略，则与之间的关系可表示为：

(推导)

式中α为弱电解质的解离度。

醋酸在水溶液中有下列平衡：

其解离平衡常数为

(推导)

将代入上式整理可得

此式称为奥斯特瓦尔德（Ostwald）稀释定律。改写成线性方程为：

以对作图得一直线，斜率为，截距为，由此可求得和 (推导) ：

整理可得：

电解质溶液的电导通常利用惠斯登（Wheatston）电

桥测量，但测量时不能用直流电源，因直流电流通过溶液

时，导致电化学反应发生，不但使电极附近溶液的浓度改

变引起浓差极化，还会改变两极的本质。因此必须采用较

高频率的交流电，其频率通常选为1000Hz。另外，构成电导池的两极采用惰性铂电极，以免电极与溶液间发生化学反应。

惠斯登电桥的线路如图8-1所示，其中S为交流信号发生器，R1、R2和R3是三个可变交流变阻箱的阻值，R x为待测溶液的阻值，H为耳机（或示波器），C1为在R3上并联的可变电容器，以实现容抗平衡。测定时，调节R1、R2、R3和C1，使H中无电流通过，此时电桥达到了平衡。则有：

即

R x的倒数即为溶液的电导，即

由于温度对溶液的电导有影响，因此实验应在恒温条件下进行。

本实验通过测定0.02mol KCl溶液的电阻，求得电导池系数通过测定水、醋酸溶液的电导G，分别求出其电导率

根据两式计算出各浓度醋酸溶液的，最后以

三、仪器与药品

交流信号发生器1台

恒温槽1台（图）

示波器1台（图）

可变电阻箱1个（图）

电导电极1个（图）

电导池1个（图）

10mL移液管2支

0.02 mol·dm-3氯化钾溶液、0.1 mol·dm-3乙酸溶液、电导水

四、实验步骤

1、按8-1图连接好惠斯登电桥测量线路，调节恒温槽温度至25℃。

2、测定电导水的电导。依次用蒸馏水、电导水洗电极及电导池各三次，在电导池中装入电导水，水面高度应高于电极铂片2mm以上，放入恒温槽中恒温后，测定其电阻。然后更换电导水，再测定两次，取其平均值。

3、测定醋酸溶液的电导。取20mL 0.1 mol·dm-3醋酸溶液注入电导池中，测定其电阻。用移液管从电导池中吸出10mL溶液弃去，用另一支移液管取10mL电导水注入电导池中，混合均匀，待温度恒定后，测量其电阻，如此操作，共稀释4次，即分别测定0.1、0.05、0.025、

0.0125、0.00625 mol·dm-3五个浓度溶液的电阻R x。

4、测定电导池系数。按2中所述方法测定0.02 mol·dm-3的KCl溶液的电阻，重复测定三次，取其平均值。已知25 ℃时0.02 mol·dm-3的KCl溶液的电导κ

(KCl)=0.2765S·m-1。

5、将上述测量数据及处理结果记录于下表中。

６、以对作图，由直线的斜率计算。已知25℃时= 349.82×10-4 S·m2·mol-1，= 40.9×10-4 S·m2·mol-1。计算出，并与作图法得到的相比较。

【实验关键提示】

1. 利用惠斯登电桥测定溶液的电导，关键是找到电桥的平衡点，一般测量步骤是，先选择R2/R1=1（理论上讲，此时所得到的结果的误差最小），再调节R3使通过示波器H的信号最小。但在测量电导水时，由于R x较大，可选择R2/R1=10或R2/R1=100。

2. 对交流信号来说，电导池R x的两个电极相当于一个电容器，这一结果使电桥两支线的位相不同，因而找不到示波器H中信号完全消失的位置，对于精确的测量，需要在电阻R3上并联一个可变电容器C1，以实现容抗平衡。另外，为避免外来电磁波的干扰，最好使用屏蔽导线，接线柱的裸露部分尽量缩短。

3. 由于温度变化会影响电导，一般在室温下温度升高1oC，电导将增加2％，因此测量时应注意保持恒温，待测液一般需恒温10 min。

4. 本实验所测定的醋酸溶液及电导水的电导率都是很小的，若其中有微量的杂质会引起很大的实验误差，因此实验过程中必须保持样品的纯度，石英蒸馏器制备的二次蒸馏水的电导率应小于1×10-4 S·m-1，测量样品的步骤遵循电导率由小到大的先后顺序，测量时电导池和电导电极要用待测液洗干净。

5．本实验所用电导电极是镀铂黑的铂电极，镀铂黑的目的是为了增大电极的表面积，减小电流密度，从而降低由电流引起的极化效应，因此在实验过程中不要用滤纸擦拭铂黑，以免使铂黑脱落而改变电导池系数。实验结束后，用蒸馏水冲洗电极，最后浸泡在蒸馏水中。

【讨论】

电导测定不仅有助于研究电解质溶液的特性，也可直接用来解决一些化学问题，诸如计算水的离子积，难溶盐的溶解度和弱电解质的解离度等。对于这些浓度极低的体系，一般的分析方法难以精确测定。然而，正是由于浓度低，离子间的相互作用可以忽略，才有Λ

m一式成立，这便为电导法解决问题提供了方便。根据可得：

对于强电解质（如AgCl、PbSO4等）溶液，α＝1，通过和可以计算出其溶解度c；对于弱电解质（如HAc等），通过和c可以计算出解离度α。其中可以查表得到，因此电导法解决这类问题最终归结为电导率的精确测定。

电解质溶液属于离子导体，其电阻同电子导体（如金属、石墨等）一样，也服从欧姆定律和

(推导)式，因此两者测量电阻的原理和方法相同，即可以利用惠斯登电桥。所不同的是，电解质溶液的导电机理是由正、负离子共同承担的，导电过程中在两电极上总是伴随着电化学反应，这种特殊性导致在测量技术上需做如下三点改变：（1）使用交流电源；（2）因采用交流电源，所以不能用直流检流器，而改用示波器或耳机；（3）需补偿电导池的电容。