交流电桥法测电解质溶液的电导
溶液电导的测定及其应用(1)
溶液电导的测定及其应用一、实验目的1.了解溶液电导的基本概念。
2.学会电导率仪的使用方法。
3.掌握溶液电导的测定及应用。
二、预习要求掌握溶液电导测定中各量之间的关系，学习电导率仪、恒温槽的使用方法。
三、实验原理1.弱电解质电离常数的测定AB型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数K C与原始浓度C 和电离度α有以下关系:(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α代入(1)式求出K C。
醋酸溶液的电离度可用电导法来测定，图1是用来测定溶液电导的电导池。
图1 电导池将电解质溶液放入电导池内，溶液电导(G)的大小与两电极之间的距离(l)成反比，与电极的面积(A)成正比:（2）式中，为电导池常数，以K cell表示;κ为电导率。
其物理意义:在两平行而相距1m，面积均为1m2的两电极间，电解质溶液的电导称为该溶液的电导率，其单位以SI制表示为S·m-1(c·g·s制表示为S·cm-1)。
由于电极的l和A不易精确测量，因此在实验中是用一种已知电导率值的溶液先求出电导池常数K cell，然后把欲测溶液放入该电导池测出其电导值，再根据(2)式求出其电导率。
但是电解质溶液电导率不仅与溶液性质有关，还与其浓度有关，它不能确切的反映溶液的导电性，所以为确切的反映溶液的导电能力，又引入了摩尔电导率。
溶液的摩尔电导率是指把含有1mol电解质的溶液置于相距为1m的两平行板电极之间的电导。
以Λm表示，其单位以SI单位制表示为S·m2·mol-1(以c·g·s 单位制表示为S·cm2·mol-1)。
摩尔电导率与电导率的关系:(3)式中，C为该溶液的浓度，其单位以SI单位制表示为mol·m-3，Λm单位为S · m2·mol-1。
对于弱电解质溶液来说，可以认为:(4)是溶液在无限稀释时的摩尔电导率。
电解质溶液的电导率测定方法
电解质溶液的电导率测定方法
引言
电解质溶液的电导率测定是一个重要的实验方法，用于评估电解质的导电性能。
本文将介绍一种常见的电导率测定方法，供参考之用。
实验原理
电解质溶液的电导率是指单位体积内的电导率值，用于衡量电流通过电解质溶液时的导电能力。
电导率的测量可以通过以下公式计算得到：
$$\text{电导率} = \frac{\text{电导度}}{\text{浓度}}$$
其中，电导度是指单位长度内的电导率值，浓度表示电解质的摩尔浓度。
实验步骤
1. 准备电导仪和电解质溶液。
2. 将电解质溶液注入电导仪中，保持溶液温度恒定。
3. 将电导仪的电极插入溶液中，并确保两电极不相互接触。
4. 打开电导仪并进行校准，使仪器读数归零。
5. 测量电导仪的读数，记录下电导度值。
6. 根据溶液的浓度，计算出电解质溶液的电导率值。
注意事项
1. 在进行实验前，要确保电导仪的电极清洁，并校准仪器准确读数。
2. 实验时应保持电解质溶液的温度稳定，避免温度变化对测量结果造成影响。
3. 在进行实验时要注意避免电极之间相互接触，以避免影响测量结果的准确性。
结论
电解质溶液的电导率测定方法是一种简单有效的方法，可用于评估电解质的导电性能。
通过测量电导度值，并计算出电解质溶液的电导率，可以得到电解质溶液的导电能力的定量指标。
该方法可以广泛应用于电解质溶液的研究和实验中。
参考文献
[1] 张三, 李四. 电解质溶液的电导率测定方法研究. 化学实验, 20XX, 10(2): 100-110.。
交流电桥法测定电解质溶液的电导
【数据记录和处理】1.由0.02000mol/ L KCl 的电导率及测出的电阻，求出电导池常数，将原始数据及处理结果填入表1-9-1中。
0.02000mol/ L KCl 溶液25℃ 时的电导率κ为0.002765 S ∙cm −1，30℃ 时为0.003036 S ∙cm −1。
表1-9-1 实验的原始数据及处理结果2.计算各溶液的电导率，由此求出不同浓度溶液的摩尔电导率。
表1-9-2 不同浓度溶液的摩尔电导率3.分别将KCl 溶液和HAc 溶液的摩尔电导率Λm 对√c 作图。
将KCl 的Λm 对√c 作图外推至√c 为0，求出KCl 的Λm ∞。
KCl 溶液的摩尔电导率Λm -√c 图c /(m o l /L )1/2m /S m 2mol-1HAc 溶液的摩尔电导率Λm -√c 图c /(m o l /L )1/2m /S m 2mol-14.求出KCl 溶液的摩尔电导率与浓度的关系式Λm =Λm ∞−β√c 由图得，Λm ∞=0.01439 β=0.01295故得出摩尔电导率与浓度的关系式为Λm =0.01439−0.01295√c5.根据所测数据计算HAc 溶液在所测浓度下的电离度和电离常数，并求电离常数的平均值。
表1-9-3 HAc 溶液在所测浓度下的电离度、电离常数以及电离常数的平均值已知：λm ∞(H +)=[349.82+0.0139(t −25)]×10−4S ∙m 2∙mol −1λm ∞(Ac +)=[40.9+0.02(t −25)]×10−4S ∙m 2∙mol −1算出λm ∞(HAc )=(349.82+40.9)×10−4−0.0147=0.024372 S ∙m 2∙mol −1。
电解质溶液的电导率与电流强度的关系
电导率是衡量电解 质溶液导电能力的 物理量
欧姆定律适用于电 解质溶液的导电过 程
公 式 ： I = K * S *A 意义：电流强度I与电导率K、截面积A成正比，与距离S成反比 影响因素：电解质溶液的种类、浓度、温度等 应用：用于测量电解质溶液的电导率，研究其物理化学性质
浓度越高，电导率越大，电流 强度也越大
核能发电：在核能发电中，电导率与电流 强度的关系可用于控制反应堆的核反应， 确保核能的安全和稳定利用。
电导率与电流强 度关系可用于监 测水体污染情况， 评估水质。
通过电导率与电 流强度的变化， 可实时监测工业 废水处理效果， 优化处理工艺。
在土壤污染治理 中，电导率与电 流强度的关系可 用于指导土壤电 解修复技术，提 高修复效率。
生物医学领域：通过研究生物体内电 解质溶液的电导率与电流强度的关系， 深入了解生物电现象，为生物医学研 究提供新的思路和方法。
汇报人：XX
交流电桥法：利用交流电桥测量电解质溶液的阻抗，通过计算得到电导率
恒流电源法：通过恒流电源向电解质溶液施加恒定电流，测量相应的电压降，计算得到 电导率
电导率仪直接测量法：利用专用的电导率仪直接测量电解质溶液的电导率，操作简便， 精度高
PART THREE
电流强度与电导率 成正比
电压一定时，电导 率越大，电流强度 越大
随着浓度的降低，电导率减小， 电流强度也减小
当浓度达到一定值时，电导率 与电流强度呈线性关系
不同电解质溶液的电导率和电 流强度关系存在差异
PART FOUR
电解质种类：不 同电解质具有不 同的电导率，对 电流强度的影响 也不同
电解质浓度：浓 度越高，电导率 越大，电流强度 也越大
应用场景：在电 解、电镀、电导 率传感器等领域 具有重要应用
交流电桥法测定电解质溶液的电导
弱电解质的电离度与摩尔电导的关系为：
Λm α= ∞ Λm
电离平衡常数与摩尔电导的关系随电解质类型不 同而异，对1-1型电解质如HAc的电离平衡为： HAc= H++ Ac– 电离平衡常数为：
AC k c = 1 − a = Am ( A − Am ) ∞
α c
2
2 m ∞ m
• 四臂交流电桥线路原 理如图１，交流电桥 的测量原理与直流电 桥相仿，当电桥平衡 时各臂的阻抗之间有 一定的关系：
实验步骤
1 水浴恒温２５oC(为什么？), 按照图2连接线路，将R1和R2
调节为等值，调节音频信号发生器的输出为１０００赫。 2 将 0.1000mol/L HAc 溶 液 分 别 稀 释 为 0.0500mol/L 、 0.0250mol/L、0.0125mol/L和0.00625mol/L. 3. 将电导池中盛的液体倒出，用０.1000mol/L 的 KCl溶液洗 涤三次，然后盛入该溶液并使液面略高出电极，将电导 池浸入恒温槽中，并使电导池液面在恒温水下，恒温10～ 15 min，将电导池的引线接入电桥。
2.结合本实验结果，分析当HAc浓度变稀时，Rx 、к、∧m、α、Kc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？
三次测量结果的相对标准偏差S=0.52%
注意事项
为了得到精确的结果，必须用电导水；测定前，必须将 电导电极及电导池洗涤干净，以免影响测定结果。 实验中温度要恒定，测量必须在同一温度下进行，恒温槽 的温度要控制在25.0 ℃±0.1 ℃。
思考题
1.测定溶液的电导为什么要用交流电桥？能否用 直流电桥？
1 A = k G = k L K Cell
摩尔电导的定义：在相距1m的两平行电极间，放入1 mol 的电解质溶液所呈现的电导，称为摩尔电导Λm。摩 尔电导Λm与电导率k的关系为：
交流电桥法测溶液电导率
用交流电桥法测定测Nacl溶液电导率[实验目的]测不同浓度下的Nacl溶液电导率[实验原理]电解质溶液正像金属导体一样遵循欧姆定律。
因此，通过给定的溶液本体的电流i与电位差E成正比，E/i=R，式中R是溶液本体的电阻。
电导L被定义为电阻的倒数。
L=1/R (1)其单位为oh m/s。
横截面积均匀物体的电导与截面积A成正比，与长度L成反比。
L=（χA）/l或χ=1/R l/A=k/R （2）式中χ是电导率,单位为oh/m/cm。
电导率是电阻率的倒数。
在任意形状和大小的电导池中要测定溶液的电导率，首先要用该电导池测量一已知电导率溶液的电阻确定其电导池常数k(l/A的“有效”值)。
0.02000N KCl可用来作这种校准的标准液，它在25℃下的χ等于0.002768oh/m/cm 。
一旦求出了电导池常数，即可用式χ=k/R从实验测出的电阻计算电阻率。
[实验仪器及仪器介绍]UJ31型电位差计（1台）信号发生器(1台，供给高频交流电)精密插塞式电阻箱或十进电阻箱(1个)十进微调电容器(1个)25℃恒温槽(1套)示波器（一台，检流）恒温槽中安装电导池的支架导线，100mL容量瓶，25mL移液管100ml或250ml烧瓶2个，125ml锥形瓶2个，储存电导水的500ml玻璃塞烧瓶。
电导水，0.02000mol·dm-3标准KCl溶液（若没有则自己配制，具体看实验步骤）充以电导水并盖上清洁的橡皮淀帚的电导池[实验线路]装满离子溶液的电导池电阻，可用高频交流的惠斯通电桥加以精确测量，这种方法的电源用信号发生器，而检测器用示波器。
（后附交流惠斯通电桥示意图和平衡条件的讨论）。
为了清晰的观测到明确的平衡点，需要θ1=θ2和θ3=θ4(θi是在第i臂电桥的相漂移)。
桥臂R3和R4是学生型电位差计滑线电阻的两部分，接到该滑线电阻有两套引线—L和H或L'和H'—他们给出的R3/R4分别等于A/(1000-A)或（4500+A）/（5500-A）。
电桥法测定弱电解质的电离常数
实验目的
1.掌握电桥法测量电导的原理，初步掌握数 字电桥的使用方法。
2.测定电解质溶液的电导并计算弱电解质的 电 离常数。
实验重点
通过用交流电桥测定氯化钾和醋酸溶液的 电导，使学生掌握测量电导的原理和方法。
实验原理
醋酸在溶液中电离达到平衡时，其电离平衡常 数Kc与浓度c和电离度a有以下关系
2．关于电导电极的选择问题：一般当交流电 的频率为1000～4000Hz时，溶液电阻的范围 应在100Ω～5×105Ω之间。为此应正确选用 不同数量级的电导池以满足测量要求。
课后作业】
1. 电导池常数（l/A）是否可用卡尺来测量？ 若实际过程中电导池常数发生改变，它对平 衡常数有何影响？
2. 测定溶液电导，一般不用直流电，而用交 流电，为什么？
3. 为了防止电极极化，交流电源频率常选在 1000Hz左右，为什么频率不选择更高一些？
Kc
c c0
a2
1 a
a m
m
Kc m m)
它们之间关系：
Gk A l
k Am c kA l GKcelG l
实验原理：
交流电桥法测量原理图
实验注意问题
1．使用一定频率的交流电源的有关问题：使用 交流电源，电源的电压一般不超过10V，频 率一般为1000～4000Hz 。
物理化学复习
• 3.研究电解质溶液离子平均活度系数的意 研究电解质溶液离子平均活度系数的意 义和重要性何在? 义和重要性何在 非电解质溶液的活度系 数能用该公式计算吗？ 数能用该公式计算吗？ • 答：因在溶液中阴、阳离子是相伴存在， 因在溶液中阴、阳离子是相伴存在， 不能单独测出单种离子的化学势、 不能单独测出单种离子的化学势、活度 和活度系数，有了平均活度系数的概念， 和活度系数，有了平均活度系数的概念， 便可计算整个强电解质的化学势与活度。 便可计算整个强电解质的化学势与活度。 若将γ 用于非电解质， 若将 ±ν=γ+ν++γ-ν- 用于非电解质，则ν＋， ν- 均为零，则γ±=1。故非电解质活度系 均为零， 。 数不能用该式求出， 数不能用该式求出，但可用依数性方法 算出。 算出。
• 4.恒温下，电解质溶液的浓度增大 4.恒温下 恒温下， 其电导率增大， 时，其电导率增大，摩尔电导率减 小。（ × ） 5.某电解质处于离子强度相同的不同 5.某电解质处于离子强度相同的不同 溶液中， 溶液中，该电解质在各溶液中的浓 度不一样， 度不一样，但是离子的平均活度系 数相同。（ 数相同。（ √ ）
问答题
• 2.为什么用交流电桥测定溶液的电导? 2.为什么用交流电桥测定溶液的电导 为什么用交流电桥测定溶液的电导? 为什么用1000Hz( c/s，周每秒) 1000Hz(即 为什么用1000Hz(即c/s，周每秒)频率测 定溶液的电导? 定溶液的电导? 为什么在未知电阻的线 路上并联一电容? 路上并联一电容? 测准溶液电导的关键 是什么? 是什么? • 答：用交流电流测溶液的电导，可以避免 用交流电流测溶液的电导， 电解作用而改变电极本性， 电解作用而改变电极本性，并且可以消除 电极的极化作用。 电极的极化作用。 • 1000Hz的交流频率可防止电极上的 用1000Hz的交流频率可防止电极上的 极化作用，并可用耳机检零。 极化作用，并可用耳机检零。并联电容是 为了消除电导池的电容的影响。 为了消除电导池的电容的影响。测准电导 的关键是在各接触点均接触的条件下， 的关键是在各接触点均接触的条件下，电 桥平衡，正确检零。 桥平衡，正确检零。
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数据处理：
C HAc =0.1221mol*L -1 K cell =κKCl /G KCl =103.3039m -1 α=Λm /Λm ∞ Λm ∞(HAc ，25℃)=390.71E-4 S*m 2*mol -1
Kc=α2c/(1-α)=Λm 2C/(Λm ∞(Λm ∞-Λm ))
Kc=1.8061E-05 理论Kc=1.75E-5 相对误差Er=3.21％
思考题：
1. 为什么要测定电导常数？
如果电导池二极间的距离刚好为1cm3，则不必测电导池常数，但这样的电导池制作是十分困难的。
测这类仪器常数，是实验通常用来从已知量测未知量的有效手段。
电导常数不能通过其定义L/A 计算(精度太低)，要用已知浓度和电导率的KCl 溶液，通过实验求算。
2. 弱电解质的无限稀摩尔电导率如何求得？
弱电解质溶液稀释至0.005mol*dm -3时，摩尔电导率Λm 与
C 1/2仍然不成直线关系。
并且极稀得溶液中，浓度稍微改变一点，Λm 的值可能变动很大，即实验上的少许误差对外推求得Λm
∞的值影响很大。
用实验所得数据Λm 与C 1/2关系的图，是一条曲线，Λm 与
C 1/2没有直线关系，不能用外推法求Λm ∞。
弱电解质的无限稀摩
尔电导率可以用Kohlrausch 的离子独立移动定律通过强电解质
的Λm ∞求得。
实验讨论：
1. 电导受温度影响较大，温度偏高时其摩尔电导偏高，温度每
升高1度，电导平均增加1.92%，即G t =G 298K [1+0.013(t-25)]。
实验中，更换溶液后电导池中的电介质变了，相应的电容也会有所变化；在每次测定时，都需要重新调节平衡。
2. 电导池常数（K cell ）未测准，则导致被测物的电导率(κ)偏离文献值。
溶液电导一经测定，则κ正比于K cell 。
即电导池常数测值偏大，则算得的溶液的电离度、电离常数都偏大。
电导水电导大，测量时相对误差也就越大。
示波器对于电阻较大（如电导水）的溶液，受干扰波的影响较大，影响测定。
3. 如果电桥的电路对地没有漏电，电桥各部分之间也不漏电，并且电桥各支线间没有互感，则平衡时，对臂电抗（阻抗、容抗、感抗）复数乘积相等，由于交流电阻采用双线并绕的无感电阻箱，所以平衡条件就成为：1/(1/R 3+j ωC 3)*R2=1/(1/R x +j ωC x )*R 1 当二电阻箱电阻R 1=R 2时误差最小，可以解得Rx=R 3，Cx=C ，也就是说，精确测量时应在与电容相邻的R3上并联一个与最导池的电容相等的电容C ，达成邻臂电抗的相位角相等。
4. 测电导就是测量电阻的倒数，在测量电解质溶液的电阻时必须用一定频率的交流电，是为了使溶液不至于（趋直流）电解、极化，高频交流电则趋于短路，所用电极也必须是隋性的（光铂电极、铂黑电极），不与溶液发生化学反应。
5. 对于电阻大的溶液，宜用面积大、距离近的电导电极，即电导池常数小的，因为电阻大的溶液电导测值G 小，而G=κ/K cell ，选择K cell 小的，测读的G 值相对大，误差自然减小。
镀铂黑使电极比表面积大，易吸附稀溶液电解质离子，导致溶液浓度改变大，引起测量误差增大，此时宁可用K cell 值虽比铂黑电极大但吸附较少的光铂电极。
所以，铂黑电极还是在测量中等电导的溶液时使用。
KCl 溶液电阻相对而言大，可用K cell 大的电极。
6. 利用阴极发射X 射线的示波管，当纵偏（Y 方向）板加可变电压u y ，横偏板加锯齿波（正比于时间）电压时，得到正弦波，只有当被观察波频率等于锯齿波频率整数倍的时候，扫描的波形才会稳定。
换言之，当周期Tx=2Ty(或fy=2fx)时，得2个正弦波。
7. Kc=1.8061E-05 理论Kc=1.75E-5，实验值偏高的原因可能是通电时间较长，溶液的温度有所上升，溶液电导变大，由Kc=Λm 2C/(Λm ∞(Λm ∞-Λm ))求出的电离平衡常数偏大；或计算式中的HAc 浓度应该用活度，用浓度代替活度计算导致结果偏大等。
8. 纯水的电导率：即使在纯水中也存在着H +和OH -两种离子，水仍是一种很弱的电解质，它存在如下的电离平衡： H 2O←→H ++OH 或2H 2O←→H 3+O+OH - ,其平衡常数：K W =[H +]*[OH -]=10-14,式中K W 称为水的离子积[H +]2=[OH -]2=10-14
[H +]=[OH -]=10-7
Λm ∞(H2O)= Λm ∞(H +)+Λm ∞(OH -)=349.82+198.0=5.4782E4 S*m 2*mol -1
已知水的密度d(25℃,H 2O)=0.9970781g*cm -3 故原有假设为1的水离子浓度只能达到0.99707。
实际上是仅0.99707份额的水离解成0.99707E-7的[H +]和[OH -]，那么离解后的[H +]和[OH -]电导率的总和κH2O 用下式求出： κH2O =(C M /1000)* Λm ∞(H2O)=(0.99707E-7/1000)*5.4782E4=5.4622E-6 S*m -1
ρH2O =1/κH2O =0.183M Ω*m
普通蒸馏水的电导率是1.0E-3S*m -1，重蒸馏水(蒸馏水经用KMnO4和KOH 溶液处理以除去CO2及有机杂质，然后在石
Λm C 1/2。