一.實(shí)驗(yàn)原理
1.電離平衡常數(shù)Kc的測(cè)定原理
在弱電解質(zhì)溶液中,只有已經(jīng)電離的部分才能承擔(dān)傳遞電量的任務(wù)。在無(wú)限稀釋的溶液中可以認(rèn)為弱電解質(zhì)已全部電離,此時(shí)溶液的摩爾電導(dǎo)率為,可以用離子的極限摩爾電導(dǎo)率相加而得。而一定濃度下電解質(zhì)的摩爾電導(dǎo)率∧m與無(wú)限稀釋的溶液的摩爾電導(dǎo)率是有區(qū)別的,這由兩個(gè)因素造成,一是電解質(zhì)的不完全離解,二是離子間存在相互作用力。二者之間有如下近似關(guān)系:
式中為弱電解質(zhì)的電離度。
對(duì)AB型弱電解質(zhì),如乙酸(即醋酸),在溶液中電離達(dá)到平衡時(shí),其電離平衡常數(shù)Kc與濃度c和電離度α的關(guān)系推導(dǎo)如下:
由上式可知,測(cè)定系列濃度下溶液的摩爾電導(dǎo)率∧m,將∧mc對(duì)1/Λm作圖可得一條直線,由直線斜率可測(cè)出在一定濃度范圍內(nèi)Kc的平均值。
2.摩爾電導(dǎo)率∧m的測(cè)定原理
電導(dǎo)是電阻的倒數(shù),用G表示,單位S(西門(mén)子)。電導(dǎo)率則為電阻率的倒數(shù),用k表示,單位為G·m-1。
摩爾電導(dǎo)率的定義為:含有一摩爾電解質(zhì)的溶液,全部置于相距為1m的兩個(gè)電極之間,這時(shí)所具有的電導(dǎo)稱(chēng)為摩爾電導(dǎo)率。摩爾電導(dǎo)率與電導(dǎo)率之間有如下的關(guān)系。
∧m= κ/c (5)
式中c為溶液中物質(zhì)的量濃度,單位為mol·m-3。
在電導(dǎo)池中,電導(dǎo)的大小與兩極之間的距離l成反比,與電極的面積A成正比。
G = κA/ l (6)
由(6)式可得
κ=Kcell G (7)
對(duì)于固定的電導(dǎo)池,l和A 是定值,故比值l/A為一常數(shù),以Kcell表示,稱(chēng)為電導(dǎo)池常數(shù),單位為m-1。為了防止極化,通常將鉑電極鍍上一層鉑黑,因此真實(shí)面積A無(wú)法直接測(cè)量,通常將已知電導(dǎo)率κ的電解質(zhì)溶液(一般用的是標(biāo)準(zhǔn)的0.01000mol·L-1KCl溶液)注入電導(dǎo)池中,然后測(cè)定其電導(dǎo)G即可由(7)式算得電導(dǎo)池常數(shù)Kcell。
當(dāng)電導(dǎo)池常數(shù)Kcell確定后,就可用該電導(dǎo)池測(cè)定某一濃度c的醋酸溶液的電導(dǎo),再用(7)式算出κ,將c、κ值代入(5)式,可算得該濃度下醋酸溶液的摩爾電導(dǎo)率。
在這里的求測(cè)是一個(gè)重要問(wèn)題,對(duì)于強(qiáng)電解質(zhì)溶液可測(cè)定其在不同濃度下摩爾電導(dǎo)率再外推而求得,但對(duì)弱電解質(zhì)溶液則不能用外推法,通常是將該弱電解質(zhì)正、負(fù)兩種離子的無(wú)限稀釋摩爾電導(dǎo)率加和計(jì)算而得,即:
二.儀器與試劑
DDBJ-350便攜式電導(dǎo)率儀,電導(dǎo)電極,恒溫槽,燒杯、錐型瓶,移液管(25mL);
0.0200 mol·L-1 KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液,0.200 mol·L-1 HAc標(biāo)準(zhǔn)溶液
三.實(shí)驗(yàn)步驟
1.調(diào)節(jié)恒溫水槽水浴溫度至25℃(室溫偏高,則水浴溫度調(diào)節(jié)到35℃)。將實(shí)驗(yàn)中要測(cè)定的溶液恒溫。
2.校準(zhǔn)便攜式電導(dǎo)率儀的電導(dǎo)池常數(shù)
按下電導(dǎo)率儀“on/off”鍵打開(kāi)儀器,按“模式/測(cè)量”鍵到模式狀態(tài),按“▲”或“▼”鍵調(diào)節(jié)模式狀態(tài),至左下角出現(xiàn)CONT,按“確定”鍵,左下角出現(xiàn)CAL,按“確定”鍵,左下角出現(xiàn)CA-M,按“▲”或“▼”鍵調(diào)節(jié)0.02mol/L的KCl溶液的電導(dǎo)率大小至0.276 S/m(35℃時(shí)為 0.331 S/m ),按“確定”鍵出現(xiàn)標(biāo)定好的電導(dǎo)池常數(shù),再按“確定”鍵輸入電導(dǎo)池常數(shù)。按“模式/測(cè)量”鍵到測(cè)量狀態(tài)。
3.測(cè)量醋酸溶液的電導(dǎo)率
標(biāo)定好電導(dǎo)池常數(shù)后,將兩電極用蒸餾水洗凈,用吸水紙吸干液體。處理好的電極插入到0.2 mol/L 25mL醋酸溶液中測(cè)量電導(dǎo)率。再用標(biāo)有“電導(dǎo)水”字樣的移液管吸取25mL水并注入到醋酸溶液中稀釋到0.1 mol/L。此時(shí)不要將電極取出。(為什么?)測(cè)量后,用標(biāo)有“0.1”字樣的移液管吸取25mL溶液棄去,用標(biāo)有“電導(dǎo)水”字樣的移液管吸取25mL水并注入到醋酸溶液中稀釋到0.05 mol/L,搖勻后測(cè)量電導(dǎo)率。如此依次測(cè)定0.2mol/L、0.1 mol/L、0.05 mol/L、0.025 mol/L、0.0125 mol/L醋酸溶液的電導(dǎo)率。
記錄相應(yīng)濃度醋酸的電導(dǎo)率,并計(jì)算電離度和解離常數(shù)。
4.用蒸餾水清洗電導(dǎo)電極和溫度電極,將電極浸泡在盛有蒸餾水的錐形瓶中以備下一次實(shí)驗(yàn)用。
四.?dāng)?shù)據(jù)處理
1.將原始數(shù)據(jù)及處理結(jié)果填入下表:
2.根據(jù)測(cè)得的各種濃度的醋酸溶液的電導(dǎo)率,求出各相應(yīng)的摩爾電導(dǎo)率∧m和電離度a及電離平衡常數(shù)Kc。
實(shí)驗(yàn)溫度: 35℃