試驗(yàn)九電導(dǎo)法測(cè)定乙酸解離常數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)九電導(dǎo)法測(cè)定乙酸解離常數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)會(huì)用電導(dǎo)法測(cè)定一元弱酸的解離常數(shù)；2 .熟悉電導(dǎo)池、電導(dǎo)池常數(shù)、溶液電導(dǎo)(或電導(dǎo)率)等相關(guān)基本概念；3 .掌握電橋法測(cè)量溶液電導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)Arrhenius(阿累尼烏斯)的電離理論，弱電解質(zhì)與強(qiáng)電解質(zhì)不同，它在溶液中僅部分解離，離子和未解離的分子之間存在著動(dòng)態(tài)平衡。如乙酸水溶液中，設(shè)c為乙酸的原始濃度，ac為解離度，其解離平衡為：電離剛開始時(shí)：c00電離平衡時(shí)：c(1-ac)cacCac設(shè)其解離常數(shù)為K,則K=cac2/(1-ac)(1)由電化學(xué)理論可知，濃度為C的弱電解質(zhì)稀溶液的解離度aC應(yīng)等于該濃度下的摩爾電導(dǎo)率Am和

2、溶液在無限稀時(shí)的摩爾電導(dǎo)率K之比，即ac=Am/A°°m(2)將代入(1)式得：入閉)在上式中，c為已知，Am通過本實(shí)驗(yàn)求得，A00m盡管隨溫度的變化而變化，但仍然可以應(yīng)用離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律計(jì)算得到。在298.15K時(shí)，Aoom(HAc)是390.71X10-4S2m2mol-1。任意溫度下,Aoom,t(H+)=入8T25°C(H+)1+0.014(t-25)=349.82310431+0.014(t-25)S2m2mol1Aoom,t(H+)=入00rB25°C(AC)1+0.02(t-25)=40.9310431+0.02(t25)S2m2mol1如

3、何求得指定溫度和濃度下的摩爾電導(dǎo)率Am呢？我們通過測(cè)盛有稀溶液的電導(dǎo)池里的電導(dǎo)G或電導(dǎo)率K的方法來解決。G=1/R=A/p2l=k2A/l;當(dāng)濃度c的單位用mol211表示而摩爾電導(dǎo)率Am的單位用S2狀2mo1表示時(shí)，Am=0.001k/c(5)電極-溶液圖6-1電導(dǎo)池式中電導(dǎo)率K的單位是S2m1,為測(cè)量的電導(dǎo)電極兩極片間的間距，A為電極片的截面積，對(duì)于一個(gè)固定的電導(dǎo)池，l和A都是定值，故比值l/A為一常數(shù)，稱為電池常數(shù)Kcello所以有k=Kcell/R（6）根據(jù)以上關(guān)系，只要我們?cè)谥付囟认聹y(cè)得不同濃度下的電導(dǎo)率K（用電導(dǎo)率儀）或溶液的電阻（用1000Hz交流電下的惠斯通電橋測(cè)），就可以計(jì)

4、算出摩爾電導(dǎo)率Am,再根據(jù)式（3）,即可計(jì)算出解離常數(shù)K來。本實(shí)驗(yàn)我們采用測(cè)溶液電阻的方法，先用已知電導(dǎo)率的KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)出那個(gè)條件下的特征電阻值RS,算出Kcell；然后使用同一電導(dǎo)池測(cè)定待測(cè)乙酸溶液的電阻Rx,最后就可以得到解離常數(shù)KF圖62惠茨通電橋示意圖的為某一固定值的電阻，有四個(gè)；R為電阻箱；Rx為待測(cè)電阻（即電導(dǎo)池溶液的）；G為電橋平衡檢測(cè)器（可以是檢流計(jì)、示波器、耳機(jī)等，本實(shí)驗(yàn)采用的是示波器）；F為電橋電源，提供適當(dāng)頻率的交流電；B點(diǎn)為活動(dòng)接點(diǎn)，可選三處接。當(dāng)電橋向平衡方向靠近時(shí)，示波器上的正弦波的振幅會(huì)變小，當(dāng)電橋平衡即DB兩點(diǎn)的電勢(shì)相等時(shí)，示波器上的正弦波就變成一條直線。由

5、此可算得Rx值。之所以選用交流電而不選用直流電來測(cè)電導(dǎo)（或電阻），是因?yàn)橹绷麟娮畲笙薅鹊卦龃罅穗姌O表面的電流密度，電極發(fā)生極化，盡管直流電不會(huì)產(chǎn)生電容、電感的干擾（直流電導(dǎo)法只適合于電阻較大的介質(zhì)，且一般需要使用可逆電極，如AgAgCl|電極）。使用交流電和給鋁電極表面鍍上一層致密的“柏黑"以增大電極表面積，都是為了防止電極極化。交流電的頻率選擇也很重要，從上面的示意圖可以看出，頻率很高，盡管可以消除極化引起的誤差，但R3上沒有并聯(lián)一個(gè)可以變化的電容以抵消電導(dǎo)池的“寄生電容"Cx,該"寄生電容"產(chǎn)生一個(gè)復(fù)數(shù)阻抗，因頻率越高，容抗Xc值越?。╔c=1/2冗

6、fC）,電導(dǎo)池的整個(gè)復(fù)阻抗|Z并|就越小，流經(jīng)寄生電容Cx的電流就越多，使得由D到線上的交流電壓u1與由A過R0到B去的交流電壓u2有較大的相位差，使得電橋不可能平衡。電導(dǎo)池的整個(gè)復(fù)阻抗為：?良_2jT-f-CfCj乙丹-1Lr=TJ+R5+R27r或者2萬JCj因此，實(shí)驗(yàn)中必須考慮的是，在增大交流電頻率以防極化的同時(shí)，還要盡量消除相位差對(duì)電橋平衡的影響。比較好的辦法是，選擇1000Hz的交流頻率，盡可能使電流通過電導(dǎo)池里的溶液電阻而不是寄生電容Cx,從而使電導(dǎo)池上的電壓降的相位移動(dòng)較小，而不至于影響測(cè)量精度。三、儀器和試劑儀器：XD-7型低頻信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)，ZX56型電阻箱1臺(tái)，SJ8001

7、型示波器1臺(tái),恒溫水浴1套，260型鋁電導(dǎo)電極（鍍鋁黑）1支，帶支管試管4支，25ml移液管1支，容量瓶2只（50ml,100ml各1只），小燒杯，洗瓶，導(dǎo)線若干。試劑：0.01000mol/LKCl溶液，0.1mol/L左右的HAc溶液（準(zhǔn)確濃度c標(biāo)于瓶簽）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度為25.00±0.05C或30.00±0.05C2 .c/2和c/4濃度HAc溶液的配制：用移液管各移取25.00ml真實(shí)濃度為c（標(biāo)于瓶簽上）的HAc溶液，分別注入50ml和100ml容量瓶中，然后分別加蒸儲(chǔ)水至刻度并搖勻即成，其真實(shí)濃度分別為原溶液濃度的1/2和1/4。3 .按圖

8、用導(dǎo)線連接電橋線路，接好后需經(jīng)教師檢查。檢查并調(diào)節(jié)示波器及低頻信號(hào)發(fā)生器（輸出頻率為1000Hz）的各有關(guān)旋鈕，然后接通各自電源，觀察示波器屏幕，如果出現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波圖形，說明接線正確，儀器工作狀態(tài)也正常，可以進(jìn)行下一步測(cè)定工作。4 .電池常數(shù)的測(cè)定：(1)將電導(dǎo)電極和試管用蒸儲(chǔ)水洗凈，然后用少量0.01000mol/L的KCl溶液涮洗3次；在試管中加入1/41/3容積的KCl溶液，并插入電導(dǎo)電極，將試管置于恒溫水浴中恒溫5分鐘以上。注意：a.操作時(shí)切勿觸碰電極頭鍍鋁黑處，以免損傷鉆黑鍍層而導(dǎo)致電池常數(shù)改變。b.測(cè)量時(shí)若觀察到電極表面附有小氣泡，應(yīng)輕輕敲擊振動(dòng)試管，將其排除，以免引起測(cè)量誤差。

9、(2)將電阻箱的所有檔位旋至0處，選擇B點(diǎn)的落位處(取一次中間點(diǎn))，然后從最大檔位(31000)開始調(diào)節(jié)，每旋轉(zhuǎn)一格，觀察示波器屏幕上的正弦曲線的波幅變化，調(diào)至波幅最小為止。依次調(diào)節(jié)下一個(gè)檔位(3100,310,31),最終使得屏幕上波幅減小為0,即形成一條直線，這時(shí)可認(rèn)為電橋達(dá)到平衡狀態(tài)，將電阻箱各檔位的讀數(shù)相加，即為電阻箱阻值R3注意：如果從0開始調(diào)節(jié)某檔位旋鈕，發(fā)現(xiàn)正弦曲線波幅一直增大，說明前一檔位調(diào)節(jié)過大，應(yīng)將前一檔位的數(shù)字減少為1個(gè)，再回頭調(diào)節(jié)該檔位。(3)重復(fù)步驟(1)、(2)兩次，即一共測(cè)定3次，計(jì)算時(shí)取其平均值?；菟雇姌蚱胶鈺r(shí)的計(jì)算式為：(4) HAc溶液電導(dǎo)的測(cè)定：按上述(

10、1)(4)的方法，依次測(cè)定濃度為c,c/2及c/4的HAc溶液的電阻值。(5)實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉所有儀器電源，清洗玻璃儀器及電導(dǎo)電極，并將電導(dǎo)電極呈給老師看一眼后置于蒸儲(chǔ)水塑料瓶中浸泡保養(yǎng)。五、數(shù)據(jù)處理有關(guān)已知數(shù)據(jù)：25C下0.01000mol/LKCl溶液電導(dǎo)率K=0.1413S2m1無限稀的HAc水溶液的摩爾電導(dǎo)率(25C)Aoom=3.907310-2S2n22mol-11.將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表，然后按實(shí)驗(yàn)原理部分所述，分別計(jì)算電池常數(shù)Kcell和各濃度HAc溶液的解離常數(shù)Ko附：數(shù)據(jù)記錄參考格式：溶液溫度1cHAc溶液濃度：c:mol/Lc/2:mol/Lc/4:mol/L(1)電導(dǎo)池常數(shù)的測(cè)定：頃目次數(shù)R3(Q)R1(Q)R2(Q)Rx(Q)(Q)電池常數(shù)Kcell(m-1)123(2)乙酸解離常數(shù)的測(cè)定：HAc濃度cc/2c/4(mol/L)(1)()()測(cè)量次數(shù)1231231231R3(Q)Rab(Q)Rbc(Q)Rx(Q)Rx平均值（Q）K(S2m-1)(S2m-12mo1)電離度aC解離常數(shù)KHAc【思考題】1 .本實(shí)驗(yàn)的電橋?yàn)槭裁匆x擇使用1000Hz的交流電源？如為了防止極化，頻率高一些不是更好嗎？試權(quán)衡其利弊。2 .結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析當(dāng)HA