實(shí)驗(yàn)四電導(dǎo)法測(cè)定弱電解質(zhì)的電離常數(shù)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用電導(dǎo)法測(cè)定醋酸的電離平衡常數(shù)；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；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。如醋酸水溶液中，設(shè)c為醋酸的原始濃度，ac為解離度，其解離平衡為：HAc-丑++戲：「電離剛開始時(shí);c 0 01電離平衡時(shí):或1-腥）_cClccClcl設(shè)其解離常數(shù)為K,則K^a^-U-ac）（1Ji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和溶液在無(wú)限稀時(shí)的摩爾電導(dǎo)率K之比,』即 ac=Am/'AcOm（_2）IeA；將妲）代AKO式得=?駕（駕-AQ蓋3）4在上式中，C■為己知，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)求得，八8由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)函導(dǎo)到&YA^（7￡4c）二羅N礦）+拒』0!） ⑴月在298.15K時(shí)，.Z\8m黑聶）是S^QJIXKHS，ni2?mo?Lo任意溫度下，1△8裝（IT）=勺8皿2U..C.田削1+。衛(wèi)14（卜25）卜— =349.S2X10"4x［l-FQ.Q14（t-25）］S?m2?moF14A<^nu（AC-）=!K以血25：...C.（AO）［1+0_02（t-25）］i=40一9恣1O'簪［1+Q.Q2Ct-25）］S?m2?mol-^\AAAAAAAAAAAAAAAAAAA^ 、 -如何求得指定溫度和液度下的摩爾電導(dǎo)率:疚mPE?我們通過(guò)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(lái)解決。IG=1./R=A..昏*1=K*A/1；當(dāng)液度c的單位用mol*1/旋表示而摩爾電導(dǎo)率八m的單位S?in-?mol--表不時(shí)^Am=0.001K/c（5）IBEUJESlRETiBEUJESlRETi式中電導(dǎo)率K的單位是S-m-1,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)Kcell。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)算出摩爾電導(dǎo)率八m,再根據(jù)式（3），即可計(jì)算出解離常數(shù)K來(lái)。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Kcel1；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)K可以得到解離常數(shù)KR0為某一固定值的電阻，有四個(gè)；R3為電阻箱；Rx為待測(cè)電阻G即電導(dǎo)池溶液的）十G為電僑平衡檢測(cè)器■（可以是松流計(jì)、示波器?耳機(jī)等，本實(shí)驗(yàn)采用的是示波器*;B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)凝小，當(dāng)電橋平衡即D、B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，由此可算得Rx值會(huì)I之所以選用交流電而不選用直葡電來(lái)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)生極化舟盡管直流電不會(huì)產(chǎn)生電容、電感的干擾（畜充電導(dǎo)法只適合于電阻較大的介質(zhì),.旦一般需要使用可逆電概片如Ag-A^Cl］電極）/使用交流電推能魄極表面鍍上一層致密的啷黑'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)一手可以變化的電容以抵消電導(dǎo)池的“寄生電容，皿，該”寄生電容'產(chǎn)生一個(gè)復(fù)數(shù)阻抗#因頻率越高容抗值越小污1W兀氮），電導(dǎo)池的整個(gè)復(fù)阻抗E并就越小M?流經(jīng)寄生電容爆的電流就越多，使得由D到線上的交流電壓心與由A過(guò)RO到B去的交流電壓應(yīng)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：1IHJni5!NETiIHJni5!NETi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(guò)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型示波器1臺(tái)，恒溫水浴1套，260型鉑電導(dǎo)電極（鍍鉑黑）1支，帶支管試管4支，25ml移液管1支，容量瓶2只（50ml），小燒杯，洗瓶，導(dǎo)線若十。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)步驟調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度為25.00±0.1°Cc/2和c/4濃度HAc溶液的配制：用移液管移取25.00ml真實(shí)濃度為c（標(biāo)于瓶簽上）的HAc溶液，注入50ml容量瓶中，然后加蒸餾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。然后取c/2濃度的HAc溶液同樣方法配制c/4濃度HAc溶液。按圖用導(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(shuō)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。電池常數(shù)的測(cè)定：（1） 將電導(dǎo)電極和試管用蒸餾水洗凈，然后用少量0.01000mol/L的KCl溶液涮洗3次；在試管中加入1/4?1/3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：操作時(shí)切勿觸碰電極頭鍍鉑黑處，以免損傷鉑黑鍍層而導(dǎo)致電池常數(shù)改變。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。（2） 將電阻箱的所有檔位旋全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（X1000）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（X100，X10，X1），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(shuō)明前一檔位調(diào)節(jié)過(guò)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。（4） HAc溶液電導(dǎo)的測(cè)定：按上述（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餾水瓶中浸泡保養(yǎng)。五、數(shù)據(jù)處理有關(guān)已知數(shù)據(jù)：25°C下0.01000mol/LKCl溶液電導(dǎo)率K=0.1413S?m-i無(wú)限稀的HAc水溶液的摩爾電導(dǎo)率（25C）八8m=3.907X10-2S?m2?mol-1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)K。附：數(shù)據(jù)記錄參考格式：溶液溫度25.0CHAc溶液濃度：c:0.1mol/Lc/2:0.5mol/Lc/4:0.025mol/L（1）電導(dǎo)池常數(shù)的測(cè)定:實(shí)驗(yàn)次數(shù)R4Q)gR)KzeiKcm-1)測(cè)量值平均值實(shí)驗(yàn)開始410413.30.0024190.5831420410實(shí)驗(yàn)結(jié)束415418.30.0023910.5901420420（2）乙酸解離常數(shù)的測(cè)定:C(M)平均t（。）GW】）K )Am(Q-1cm2M-QK：0.02526102613.33.827*10^2.231*10*8.9250.022841.33*10-5262026100.0518201823.35.485*10^3.198*10^6.3960.016371.36*10”183018200.114101413.37.076*10^4.126*10^4.12580.010551.13*10^14201410六、思考題本實(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。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析當(dāng)HAc濃度變稀時(shí)，Rx、k、Am、ac、K等怎樣隨濃度變化？你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論是否相符合？為什么？公式是針對(duì)什么溶液的？是不是任何電解質(zhì)的都能夠通過(guò)作圖法外推得到？你能否設(shè)計(jì)出一個(gè)方案很準(zhǔn)確地測(cè)得溶液的電阻（或電導(dǎo)率）或者一個(gè)攜帶很方便的、精度不是很高的產(chǎn)品快捷地測(cè)出溶液的電阻（或電導(dǎo)率）嗎？因?yàn)檫@兩種產(chǎn)品都有它的賣點(diǎn)。【英漢詞條】電導(dǎo)率specificconductance電導(dǎo)池常數(shù)cellconstant電離平衡ionizationequilibrium強(qiáng)電解質(zhì)strongelectrolyte電離度degreeofionization寄生電容parasiticcapacitance示波器oscillograph/oscilloscope正弦波sinewave/sinusoidalwave電位差計(jì)potentialdifferencemeter液