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1、实验九 电导法测定乙酸解离常数一、实验目的1. 学会用电导法测定一元弱酸的解离常数；2. 熟悉电导池、电导池常数、溶液电导(或电导率)等相关基本概念；3. 掌握电桥法测量溶液电导的实验方法和技术。二、实验原理根据Arrhenius (阿累尼乌斯)的电离理论，弱电解质与强电解质不同，它在溶液中仅部分解离，离子和未解离的分子之间存在着动态平衡。如乙酸水溶液中，设c为乙酸的原始浓度，a c为解离度，其解离平衡为：HAc H+ +Ac电离刚开始时： c00电离平衡时: c(1-a c)ca c ca c设其解离常数为K,则K =ca c2/(1-a c)(1)由电化学理论可知，浓度为c的弱电解质稀溶液
2、的解离度a c应等于该浓度下 的摩尔电导率Am和溶液在无限稀时的摩尔电导率K之比， 即a c=Am/ATOm (2)将(2)代入(1)式得：A和(八和A和)(3)在上式中，c为已知，Am通过本实验求得，Am尽管随温度的变化而变 化，但仍然可以应用离子独立运动定律计算得到。(HAc) =(H+) + (Ac)在 29815K 时，Am(HAc)是 390.71X10-4S m2 mol-i。任意温度下,Am, t(H+)=入 8m,25 C(H+)1+0014(t25)=349.82X104X1+0.014(t25) S m2 moliAsm, t(H+)=入 8皿，25 C(AC-)1+002
3、(t25)“=40.9X104X 1+0.02 (t25) S m2 mol1如何求得指定温度和浓度下的摩尔电导率Am呢？我们通过测盛有稀溶液 的电导池里的电导G或电导率K的方法来解决。G=1/R=A/p l=K A/l；当浓度c的单位用molL-1表示而摩尔电导率A m 的单位用 S m2 mol-1 表示时，Am=0.001K /c (5)图 61 电导池式中电导率K的单位是Sm-,为测量的电导电极两极片间的间距，A为 电极片的截面积，对于一个固定的电导池，l和A都是定值，故比值l/A为一 常数，称为电池常数Kcell。所以有K =Kcell/R（6）根据以上关系，只要我们在指定温度下测得
4、不同浓度下的电导率K （用电 导率仪）或溶液的电阻（用1000Hz交流电下的惠斯通电桥测），就可以计算出 摩尔电导率Am, 再根据式（3），即可计算出解离常数K来。本实验我们采用 测溶液电阻的方法，先用已知电导率的 KCl 标准溶液测出那个条件下的特征电 阻值Rs，算出Kcell；然后使用同一电导池测定待测乙酸溶液的电阻Rx,最后就图 62 惠茨通电桥示意图R0为某一固定值的电阻，有四个；R3为电阻箱；Rx为待测电阻（即电导池 溶液的）； G 为电桥平衡检测器（可以是检流计、示波器、耳机等，本实验采用 的是示波器）； F 为电桥电源，提供适当频率的交流电； B 点为活动接点，可选 三处接。当电
5、桥向平衡方向靠近时，示波器上的正弦波的振幅会变小，当电桥 平衡即 D、B 两点的电势相等时，示波器上的正弦波就变成一条直线。由此可算 得 Rx 值。之所以选用交流电而不选用直流电来测电导（或电阻），是因为直流电最 大限度地增大了电极表面的电流密度，电极发生极化，尽管直流电不会产生电 容、电感的干扰（直流电导法只适合于电阻较大的介质，且一般需要使用可逆 电极，如AgAgCl|电极）。使用交流电和给铂电极表面镀上一层致密的铂黑 以增大电极表面积，都是为了防止电极极化。交流电的频率选择也很重要，从 上面的示意图可以看出，频率很高，尽管可以消除极化引起的误差，但R3上没 有并联一个可以变化的电容以抵消
6、电导池的寄生电容Cx,该寄生电容产生 一个复数阻抗，因频率越高，容抗Xc值越小（Xc=1/2nfC），电导池的整个复阻 抗|Z并|就越小，流经寄生电容Cx的电流就越多，使得由D到线上的交流电压 u1与由A过R0到B去的交流电压u2有较大的相位差，使得电桥不可能平衡。电导池的整个复阻抗为：或者因此，实验中必须考虑的是，在增大交流电频率以防极化的同时，还要尽 量消除相位差对电桥平衡的影响。比较好的办法是，选择1000Hz的交流频率， 尽可能使电流通过电导池里的溶液电阻而不是寄生电容Cx,从而使电导池上的 电压降的相位移动较小，而不至于影响测量精度。三、仪器和试剂仪器XD-7型低频信号发生器1 台,
7、 ZX56型电阻箱1 台, SJ8001型示波器1 台, 恒温水浴1套，260型铂电导电极（镀铂黑）1支，带支管试管4支，25ml移液 管1支，容量瓶2只（50ml, 100ml各1只），小烧杯，洗瓶，导线若干。试剂：0. 01000mol/L KCl溶液，01mol/L左右的HAc溶液（准确浓度c标于瓶 签）。四、实验步骤1. 调节恒温水浴温度为25. 00土005C或30. 00005C2. c/2和c/4浓度HAc溶液的配制：用移液管各移取25. 00ml真实浓度为c （标 于瓶签上）的HAc溶液，分别注入50ml和100ml容量瓶中，然后分别加蒸馏水 至刻度并摇匀即成，其真实浓度分别为
8、原溶液浓度的 1/2和1/4。3. 按图用导线连接电桥线路，接好后需经教师检查。检查并调节示波器及低频 信号发生器（输出频率为1000Hz ）的各有关旋钮，然后接通各自电源，观察示 波器屏幕，如果出现稳定的正弦波图形，说明接线正确，仪器工作状态也正常， 可以进行下一步测定工作。4. 电池常数的测定：(1) 将电导电极和试管用蒸馏水洗净，然后用少量001000mol/L的KCl溶液 涮洗3次；在试管中加入1/41/3容积的KCl溶液，并插入电导电极，将试管 置于恒温水浴中恒温 5分钟以上。注意：a 操作时切勿触碰电极头镀铂黑处，以免损伤铂黑镀层而导致电池常数改变。 b 测量时若观察到电极表面附有
9、小气泡，应轻轻敲击振动试管，将其排除，以 免引起测量误差。(2) 将电阻箱的所有档位旋至0处，选择B点的落位处(取一次中间点)，然 后从最大档位(X 1000)开始调节，每旋转一格，观察示波器屏幕上的正弦曲 线的波幅变化，调至波幅最小为止。依次调节下一个档位(X100, X10, X1)， 最终使得屏幕上波幅减小为 0，即形成一条直线，这时可认为电桥达到平衡状态， 将电阻箱各档位的读数相加，即为电阻箱阻值 R3。注意：如果从0开始调节某档位旋钮，发现正弦曲线波幅一直增大，说明前一 档位调节过大，应将前一档位的数字减少为 1 个，再回头调节该档位。(3) 重复步骤(1) 、 (2)两次，即一共测
10、定3次，计算时取其平均值。惠斯 通电桥平衡时的计算式为：(4) HAc溶液电导的测定：按上述的方法，依次测定浓度为c, c/2及 c/4 的 HAc 溶液的电阻值。(5) 实验完毕，关闭所有仪器电源，清洗玻璃仪器及电导电极，并将电导电极 呈给老师看一眼后置于蒸馏水塑料瓶中浸泡保养。五、数据处理有关已知数据：25C下0. 01000mol/L KCl溶液电导率K =0.1413 Sm-】无 限稀的HAc水溶液的摩尔电导率(25C) Am=3.907 X10-2Sm2mol-1 1 将实验数据列表，然后按实验原理部分所述，分别计算电池常数 Kcell 和 各浓度HAc溶液的解离常数K。附：数据记录
11、参考格式：溶液温度CHAc 溶液浓度： c:mol/L c/2:mol/L c/4:mol/L(1)电导池常数的测定：项目 次数R3 (Q )R1 (Q )R2 (Q )Rx (Q )(Q )电池常数Kcel(m-1)123(2)乙酸解离常数的测定：HAc浓度 (mol/L)cc/2c/4( )( )( )测量次数123123123r3 g)rab g)rbc g)Rx g)Rx平均值g）K (S m-1)(S m-1 mol-1)电离度a c解离常数K HAc【思考题】1. 本实验的电桥为什么要选择使用1000Hz的交流电源？如为了防止极化，频 率高一些不是更好吗？试权衡其利弊。2. 结合本实验结果，分析当HAc浓度变稀时，Rx、K、人m、a c、K等怎样随 浓度变化？你的实验结果与理论是否相符合？为什么？3. 公式是针对什么溶液的？是不是任何电解质的都能够通过作图法外推得到？4. 你能否设计出一个方案很准确地测得溶液的电阻（或电导率）或者一个携带 很方便的、精度不是很高的产品快捷地测出溶液的电阻（或电导率）吗？因为 这两种产品都有它的卖点。
