实验2 电导法测定弱电解质的电离常数
电导法测定弱电解质的电离常数思考题
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电导法测定弱电解质的电离常数
1. 了解溶液电导、电导率、摩尔电导率等基 本概念。 2. 掌握用电桥法测量溶液电导的原理和电导 率仪的使用及溶液电导测定方法。
3. 了解浓度对弱电解质电导的 影响，用电 导法测定醋酸的电离平衡常数。
实验原理
• 一定温度下，醋酸在水中发生电离，设电离前醋酸的浓度
为C( mol· L-1)，达到电离平衡时，电离度为α，则：
3.
4. 5.
6.
测定完毕就让电极浸泡在二次水中。关闭各仪器电源、自来水开关， 结束实验。
数据记录与数据处理
• 1. 数据记录 • 实验温度：25±0.1℃ ，当天大气压： • 0.01000 mol· L-1标准KCl的 k=1.413mS· cm-1 • 其他原始数据记入表1中。 •
测试液
HAc(1) HAc(2) HAc(3) HAc(4) HAc(5) 二次水
图1. 测定电导率装置图 1.DDS-303A电导率仪；2.恒温瓶；3.铂黑电导电极； 4.待测溶液；5.恒温循环水；6.磁力搅拌器
实验步骤
1. 2. 调节恒温槽温度为25±0.2℃.打开电导率仪预热10min以上。 校准电导池常数：用标准KCl溶液分别润洗恒温瓶和铂黑电导电极， 然后用50ml量筒量取大概50ml的标准KCl溶液，倒入恒温瓶中， 打开磁力搅拌器，调节温度补偿，将电导率仪调节到测量档，测量 标准KCl溶液的电导率，等电导率仪读数稳定后，将读数调节到 1413μS/cm。 然后倒掉KCl溶液，用最小浓度的醋酸溶液润洗恒温瓶和电导电极， 然后倒50ml待测溶液入恒温瓶，待电导率仪读数稳定后，记下来 读数，即为此溶液的电导率。 重复3步，测量其他待测溶液的电导率值。 最后测量二次水的电导率。
kPa
表1 醋酸系列溶液的测定值及计算值
实验2 电导法测定弱电解质的电离常数
实验二 电导法测定弱电解质的电离常数一、实验目的1. 掌握电导测量的原理和方法。
2. 学会使用 DDS-11A 型电导率仪，测定弱电解质电离平衡常数的方法。
二、实验原理AB 型（如HAc ）弱电解质在溶液中的电离达到平衡时，HAc= H + + Ac - c(1-αc )cαccαc其电离平衡常数（K c ）与浓度（c ）、电离度（αc ）之间有如下的关系：cc cc K αα-=12(1)在一定温度下K c 是常数，因此可以通过测定AB 型弱电解质在不同浓度时的αc ，代入上式就可以求出K c 。
醋酸溶液的电离度可用电导法测定，溶液的电导用电导率仪测定。
测定溶液的电导，要将被测溶液注入电导池中，如图1所示。
图1 浸入式电导池若两电极间距离为l ，电极的面积为A ，则溶液电导G 为：G=КA/1式中：К为电导率。
电解质溶液的电导率不仅与温度有关，还与溶液的浓度有关。
因此常用摩尔电导m λ来衡量电解质溶液的导电能力。
m λ与К之间的关系为：m λ=10-3К/c式中m λ的单位是S·m 2·mol -1，К的单位为S·m -1，c 的单位为mol·dm -3。
对于弱电解质，电离度αc 等于浓度为c 时的摩尔电导(m λ)和溶液在无限稀释时的摩尔电导(∞m λ )之比，即：∞=mmc λλα (2)将式(2)代入式(1)：)(2m m m m cc c K λλλλ-=∞∞ cm κλ=∞∞-⋅=m c m c K cK λκλκ2)(以κ对κc 作图应为一直线，其斜率为2)(∞m c K λ ，截距为)(∞m c K λ ，根据斜率和截距可算出 K c 和∞m λ 。
三、仪器及试剂仪器：恒温装置 1套，DDS-11A 型电导率仪，电导电极，移液管（25 ml 、5 ml 和 1 ml 各 1支），容量瓶（50 ml 5只），250 ml 烧杯1只，洗耳球1只。
电导法测定弱电解质的电离常数
一、实验目的1. 学会用电导法测定醋酸的电离平衡常数；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。
如醋酸水溶液中，设c为醋酸的原始浓度，αc为解离度，其解离平衡为：式中电导率κ的单位是S·m-1，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κ=Kcell/R（6）根据以上关系，只要我们在指定温度下测得不同浓度下的电导率κ（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∧m，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，最后就可以得到解离常数K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，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），小烧杯，洗瓶，导线若干。
试剂：0.01000mol/L KCl溶液，0.1mol/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±0.1℃2. c/2和c/4浓度HAc溶液的配制：用移液管移取25.00ml真实浓度为c(标于瓶签上)的HAc溶液，注入50ml容量瓶中，然后加蒸馏水至刻度并摇匀即成，其真实浓度分别为原溶液浓度的1/2。
实验2 电导法测定弱电解质的电离常数
实验二 电导法测定弱电解质的电离常数一、实验目的1. 掌握电导测量的原理和方法。
2. 学会使用 DDS-11A 型电导率仪，测定弱电解质电离平衡常数的方法。
二、实验原理AB 型（如HAc ）弱电解质在溶液中的电离达到平衡时，HAc= H + + Ac - c(1-αc )cαccαc其电离平衡常数（K c ）与浓度（c ）、电离度（αc ）之间有如下的关系：cc cc K αα-=12(1)在一定温度下K c 是常数，因此可以通过测定AB 型弱电解质在不同浓度时的αc ，代入上式就可以求出K c 。
醋酸溶液的电离度可用电导法测定，溶液的电导用电导率仪测定。
测定溶液的电导，要将被测溶液注入电导池中，如图1所示。
图1 浸入式电导池若两电极间距离为l ，电极的面积为A ，则溶液电导G 为：G=КA/1式中：К为电导率。
电解质溶液的电导率不仅与温度有关，还与溶液的浓度有关。
因此常用摩尔电导m λ来衡量电解质溶液的导电能力。
m λ与К之间的关系为：m λ=10-3К/c式中m λ的单位是S·m 2·mol -1，К的单位为S·m -1，c 的单位为mol·dm -3。
对于弱电解质，电离度αc 等于浓度为c 时的摩尔电导(m λ)和溶液在无限稀释时的摩尔电导(∞m λ )之比，即：∞=mmc λλα (2)将式(2)代入式(1)：)(2m m m m cc c K λλλλ-=∞∞ cm κλ=∞∞-⋅=m c m c K cK λκλκ2)(以κ对κc 作图应为一直线，其斜率为2)(∞m c K λ ，截距为)(∞m c K λ ，根据斜率和截距可算出 K c 和∞m λ 。
三、仪器及试剂仪器：恒温装置 1套，DDS-11A 型电导率仪，电导电极，移液管（25 ml 、5 ml 和 1 ml 各 1支），容量瓶（50 ml 5只），250 ml 烧杯1只，洗耳球1只。
电导的测定及其应用—弱电解质的电离常数测量
电导的测定及其应用—弱电解质的电离常数测量一、实验目的1.掌握电桥法测量电导的原理和方法；2.测定电解质溶液的当量电导，并计算弱电解质的电离平衡常数K。
二、实验原理1.电解质溶液的导电能力通常用电导G表示，其单位是西门子，用符号S 表示。
如将电解质溶液中放入两平行电极之间，电极间距离为l,电极面积为A，则电导可以表示为：k：电解质溶液的电导率，单位为S·m-1，l/A：电导池常数，单位为m-1，电导率的值与温度、浓度、溶液组成及电解质的种类有关。
在研究电解质溶液的导电能力时，常用摩尔电导率Λm来表示，其单位为S·m2·mol-1。
Λm与电导率k和溶液浓度c的关系如下所示：2.摩尔电导率Λm随着浓度的降低而增加。
对强电解质而言，其变化规律可以用科尔劳斯（Kohlraus c h）经验式表示：为无限稀释摩尔电导率。
在一定温度下，对特定的电解质和溶剂来说，A为一常数。
因此，将摩尔电导率Λm对c1/2作图得一直线，将直线外推与纵坐标的交点即为无限稀释摩尔电导率之比，即用下式表示：在一定温度下，对于AB型弱电解质在水中电离达到平衡时有如下关系：该反应的解离平衡常数K与解离度α有如下关系：由此可以看出，如果测得一系列不同浓度AB型溶液的摩尔电导率Λm，然后以1/Λm对cΛm作图可得到一条直线，其斜率m等于，如果知道无限稀释摩尔电导率的数据，即可求得解离平衡常数K。
三、仪器与药品SLDS-I型数显电导率仪SYP-Ⅲ型玻璃25mL移液管恒温水槽DJS-1C型铂黑电极50ml量筒、100ml量筒250ml锥形瓶洗耳球KCl溶液（0.1mol.L-1）HA c溶液（0.1mol.L-1）蒸馏水滤纸四、实验步骤1.调节恒温水槽温度为25℃，打开电导率仪预热10分钟。
2.用容量瓶将0.1mol·L-1HA c溶稀释成为：0.0500mol·L-1、0.0200mol·L-1、0.0100mol·L-1、0.0050mol·L-1、0.0020mol·L-1五种溶液。
实验四、电导法测定弱电解质的电离平衡常数
实验四、电导法测定弱电解质的电离平衡常数1. 实验原理电解质溶液的电导率直接受到溶液中电离物种数目的影响。
弱电解质在水中溶解时，只有一部分分子电离，形成正离子和负离子，其它大部分分子不电离，形成未电离的分子。
其电离反应式可表示为：HA ↔ H+ + A-电离度α用来描述电离的程度，定义为分子中电离出的分子数与总分子数之比，即α = (数量浓度C_A-C_H+)/(数量浓度C_A) ×100％电离度α远小于1，根据电荷平衡原理可知，溶液中H+离子浓度与A-离子浓度相等，即C_H+=C_A-αC_A由于电导率υ与电离物种数成正比，可用电导率推算出弱电解质的电离度α，进而计算出电离平衡常数K。
考虑到氢离子的极性较大，对电导率的影响较大，可采用酸度远小于pH 7的甲酸钠溶液作为载体，同时用玻璃电极进行测量，其中甲酸钠是一种正常盐，不会影响弱电解质的电离平衡，且在化学实验室易得。
实验中测量甲酸钠和弱电解质混合溶液的电导率，从而计算出弱电解质的电离度α，再由α计算K。
2. 实验仪器、试剂和材料(1)仪器：电导仪、电极（包括导电电极和比较电极）、玻璃刻度试管。
(2)试剂：硝酸钾(KNO3)、甲酸钠(NaHCOO)、氯化亚铁(FeCl2)、氯化亚锡(SnCl2)。
(3)材料：去离子水。
3. 实验操作(1)测定甲酸钠溶液的电导率：1）取一个清洁干燥的50mL玻璃容器，称取2 g甲酸钠粉末，用少量去离子水加热溶解，再稀释至刻度线。
2）将电导仪用去离子水冲洗干净，测量该溶液的电导率υ，记录实验数据。
(2)测定弱电解质(C5H5N)的电导率及电离度α：2）将电极插入腐蚀液中并用去离子水冲洗干净，插入干净的电极涂上润湿剂，放入容器中。
4）根据弱电解质的计算公式算出该弱电解质的电离度α。
α = (υ - υ0)/(kυ0) ×100％其中，υ0为甲酸钠溶液的电导率，k为弱电解质的摩尔浓度，该值可由载体溶液的浓度、测量容器体积和弱电解质的摩尔质量计算出来。
电导法测弱电解质解离平衡常数实验报告
Λm
弱电解质CH3COOH的Λm∞可由电解质HCl、CH3COONa即NaCl的Λm∞求得：
Λm ∞ (CH 3 COOH ) = Λm ∞ + ( H + ) + Λm ∞ − (CH 3 COO − )
= Λm ∞ ( HCl ) + Λm ∞ (CH 3 COONa ) − Λm ∞ ( NaCl )
c 我们知道对于弱电解质（如NaCl,CH3COONa等），其 Λm = Λm ∞ − A，而对 于弱电解质（如CH3COOH）Λm与c不是线形关系，故它不能像强电解质溶液 c 那样，从 Λm − A的图外推至c=0处而求得Λm∞。根据离子独立运动定律， 在无限稀释的溶液中，离子运动是彼此独立的，互不影响，即电解质的摩 尔电导率等于正、负离子摩尔电导率之和： Λm ∞ = Λm ∞ + + Λm ∞ −
弱电解质的解离度α随浓度的下降而增大，当溶液浓度趋于无限稀释，弱 电解质将趋于完全解离，即α→1。在一定温度下，某电解质溶液的电导率 与溶液中离子的浓度成正比，因而也就与电离度α成正比。所以，弱电解 质的解离度α应等于该溶液浓度为c时的Λm与当溶液浓度无限稀释时摩尔 Λm 电导率Λm∞之比： α= ∞
∞ Λm=+ (34.982ms.m2.mol-1， H+)
Λm ∞ − (CH 3=4.09 COO − )
ms.m2.mol-1
由此计算出醋酸的 Λm ∞。 2.计算醋酸在三种浓度下的解离度α和解离常数Kc的平均值。计算公式如 下： k
k = GJ 标
Λm = c
Λm α= Λm ∞
cα 2 Kc = 1−α
用另一支50cm3移液管从中吸出50cm3用另支50cm3移液管从中吸出50cm3在另因醋酸的电导率很小在配置不同浓度的溶液时应当用电导水以免杂质对电导测定的影响
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实验二 电导法测定弱电解质的电离常数
一、实验目的
1. 掌握电导测量的原理和方法。
2. 学会使用 DDS-11A 型电导率仪，测定弱电解质电离平衡常数的方法。
二、实验原理
AB 型（如HAc ）弱电解质在溶液中的电离达到平衡时，
HAc
= H + + Ac - c(1-αc )
cαc
cαc
其电离平衡常数（K c ）与浓度（c ）、电离度（αc ）之间有如下的关系：
c
c c
c K αα-=12
(1)
在一定温度下K c 是常数，因此可以通过测定AB 型弱电解质在不同浓度时的αc ，代入上式就可以求出K c 。
醋酸溶液的电离度可用电导法测定，溶液的电导用电导率仪测定。
测定溶液的电导，要将被测溶液注入电导池中，如图1所示。
图1 浸入式电导池
若两电极间距离为l ，电极的面积为A ，则溶液电导G 为：
G=К
A/1
式中：К为电导率。
电解质溶液的电导率不仅与温度有关，还与溶液的浓度有关。
因此常用摩尔电导m λ来衡量电解质溶液的导电能力。
m λ与К之间的关系为：
m λ=10-3К/c
式中m λ的单位是S·m 2·mol -1，К的单位为S·m -1，c 的单位为mol·dm -3。
对于弱电解质，电离度αc 等于浓度为c 时的摩尔电导(m λ)和溶液在无限稀释时的摩尔电导(∞
m λ )之比，即：
∞
=m
m
c λλα (2)
将式(2)代入式(1)：
)
(2
m m m m c
c c K λλλλ-=∞∞ c
m κλ=
∞∞-⋅=m c m c K c
K λκ
λκ2
)(
以κ对
κ
c 作图应为一直线，其斜率为2
)(∞m c K λ ，截距为)(∞
m c K λ ，根
据斜率和截距可算出 K c 和
∞m λ 。
三、仪器及试剂
仪器：恒温装置 1套，DDS-11A 型电导率仪，电导电极，移液管（25 ml 、5 ml 和 1 ml 各 1支），容量瓶（50 ml 5只），250 ml 烧杯1只，洗耳球1只。
药品：0.0100 mol•dm -3 KCl 溶液（KCl 于110℃烘4h ），0.1000 mol•dm -3 HAc 溶液，电导水。
四、实验步骤
1．调节恒温槽温度为25±0.1 ℃。
2．配制溶液：准确配制浓度为0.050、0.010、0.0050、0.0010 和0.0005 mol•dm-3的HAc溶液。
3．测定电导池常数(K cell)（即电极常数）：倾去电导池中的纯水（为防止电导电极干燥后吸附杂质，及干燥后的电极浸入溶液时表面不易完全浸润引起气泡，造成表面积发生变化等而影响测量结果，常将电导电极浸在电导池内的纯水中）。
然后用少量的0.0100 mol•dm-3KCl 溶液洗涤电导电极三次，加入0.0100 mol•dm-3 KCl 溶液，使液面超过电极铂片1～2 cm，再移入25±0.1 ℃恒温槽中恒温10 分钟后用电导仪测量（DDS-11A 型电导率仪的使用方法详见附录）。
测量时，将DDS-11A 型电导率仪“量程”档开关置于“200”档，将“测量/校准”开关扳至“校正”位置，调节“常数”旋钮使屏幕显示为“1.00”。
将“测量/校准”开关扳至“测量”位置，读出屏幕显示的KCl标准溶液的电导（S2），电导池常数K cell=S1/S2，S1为KCl标准溶液的电导率（0.01mol/L KCl标准溶液，25℃时S1=1413μS/cm，30℃时S1=1552μS/cm），S2为测量得到的KCl标准溶液的电导。
4. 测定乙酸溶液的电导率：倒去KCl 溶液，用电导水充分洗净电导池及电导电极，再用少量0.0005 mol•dm-3 HAc 溶液洗涤电导池和电导电极三次，将电极浸入0.0005 mol•dm-3 HAc 溶液中，将“校准/测量”开关置于“测量”，将量程开关由大到小逐渐调节，直至所需测量范围，屏幕显示读数乘以量程开关倍率（C=1）即为被测溶液的实际电导率。
数据记入表1中，重复测量两次一并记入表1中，取三次测量值的平均值作为该浓度HAc的电导率。
同样方法，由稀到浓分别测定0.0010、0.0050、0.0100、0.0500 和0.1000 mol•dm-3的HAc溶液的电导率，一并记入表1。
5. 同法测定电导水的电导率，重复测定三次。
以校正电导水对溶液电导率的影响。
6．将恒温槽温度调至35±0.1℃，同法测量不同浓度HAc的电导率，列于表2。
7．实验结束后，先关闭各仪器的电源，用蒸馏水充分冲洗电导池和电极，
并将电极浸入蒸馏水中备用。
表1 25℃不同HAc浓度时的电导率
表2 35℃不同HAc浓度时的电导率
五、结果与讨论
1. 计算κ
c
并列于表1和表2中。
2. 以κ对
κ
c
作图，根据斜率和截距计算不同温度下的 K c 和 ∞m
λ 。
六、注意事项
1. 为了提高实验精度，实验中的一切操作都必须采用电导水。
常用的电导水是用离子交换树脂来制备的。
为了除去其中的CO 2，要通入氮气几分钟。
本实验中电导水以蒸馏水代替，通氮过程忽略。
2．实验过程中严禁用手触及电导池内壁和电极。
3．溶液的电导率对溶液的浓度很敏感，在测定前，一定要用被测溶液多次荡洗电导池和电极，以保证被测溶液的浓度与容量瓶中溶液的浓度一致。
4. 离子的极限摩尔电导率∞
m λ与温度有关，通常温度每升高1度，电导率增
加 2～2.5%， 因此测量前溶液要充分恒温。
∞
m λ可由下式计算：
∞m λ（HAc ）=
H +、Ac -的极限摩尔电导率与温度的关系为：
)]25(01385.01[1082.349/4
12,-+⨯=⋅⋅--∞+
t mol m S H
m λ )]25(0238.01[109.40/412,-+⨯=⋅⋅--∞-
t mol m S Ac
m λ
式中t 为体系的摄氏温度。
由上式可计算任何温度下HAc 的∞
m λ值。
七、思考题
1．测定电解质溶液的电导，为什么一般用交流电而不用直流电？
2．若实验过程中，电导池常数发生改变，它对 HAc 的电离常数有何影响？ 3．结合本实验结果，分析当HAc 浓度变稀时，К、m λ、αc 、K c 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？
4．将实验测定的K c 值与文献值比较，试述误差的主要来源。
)Ac ()H
(m
m -∞+
∞λ+λ
附录：DDS-11A电导率仪的使用说明
1、开机
a）电源线插入仪器电源插座，电导电极插入仪器后面板的电极插座中；
b）按电源开关接通电源，预热10min后，进行校准。
2、校准
按下“校准/测量”按钮，使其处于“校准”状态，调节“常数”调节旋钮，使仪器显示所使用电极的常数标称值。
电导电极的常数，通常有10、1.0、0.1、0.01四种类型，每种类型电导电极准确的常数值，制造厂均标明在每支电极上作为参考。
常数调节方法如下：电极常数为1的类型：如电极常数的标称值为1.048，调节“常数”调节旋钮，使仪器显示值为104.8，（测量值=显示值×1）。
电极常数（即电导池常数）也可由测定KCl标准溶液的电导计算而得，电极未使用前，标于电极上的电导池常数与测定KCl标准溶液得到的值相差不大，电极长期使用后，其电极常数值变化较大，此时需由测定KCl标准溶液的方法计算得到，而不再使用标于电极上的电导池常数值。
3、测量
a）电导常数及量程的选择
在电导率测量的过程中，正确选择电导电极的类型和量程，对获得较高的测量精度是非常重要的。
表1 电导率测量范围与对应使用的电导电极常数推荐表
“量程”选择开关，可选择（2、20、200、2000及2×104）μS/cm五个测量量程档。
根据本实验所选用的铂黑电极（电极常数为1.0），实验时仪器量程可根据被测溶液电导率大小，选择20、200或2000量程档。
b）温度补偿
用温度计测量被测溶液的温度后，将“温度”调节旋钮指向被测溶液的实际温度值的刻度线位置。
此时，显示的值是经温度补偿后换算到25℃时的电导率值。
c）测量
按下“校准/测量”按钮，使其处于“测量”状态，（此时，按钮为向上弹起的位置），将“量程”开关置于合适的量程档，待仪器显示稳定后，该显示值即为被测量溶液换算到25℃时的电导率值，实际测量结果与使用各种不同电导电极常数有关。
本实验使用的电导电极常数C为1，测量结果（单位μS/cm）为显示读数×C，即显示读数×1。
仪器在测量状态下，将清洗过的电极浸入溶液中，此时显示数值即为被测溶液的电导率值。
测量过程中，若显示屏首位为1，后三位数字熄灭，表示测量值超出测量量程范围，此时，应将“量程”开关置于高一档量程来测量。
若显示值很小，则应该将“量程”开关置于低一档量程，以提高测量精度。