电桥法测定弱电解质的电离常数
电导法测定弱电解质的电离平衡常数及数据处理

电导法测定醋酸电离常数一、实验目的1.了解溶液电导、电导率和摩尔电导率的概念;2.测量电解质溶液的摩尔电导率,并计算弱电解质溶液的电离常数。
二、实验原理电解质溶液是靠正、负离子的迁移来传递电流。
而弱电解质溶液中,只有已电离部分才能承担传递电量的任务。
在无限稀释的溶液中可以认为电解质已全部电离,此时溶液的摩尔电导率为Λ∞m,而且可用离子极限摩尔电导率相加而得。
一定浓度下的摩尔电导率Λm 与无限稀释的溶液中摩尔电导率Λ∞m是有差别的。
这由两个因素造成,一是电解质溶液的不完全离解,二是离子间存在着相互作用力。
所以,Λm 通常称为表观摩尔电导率。
Λm/Λ∞m=α(U++ U-)/(U+∞+ U-∞)若U+= U-,,U+∞=U-∞则Λm/Λ∞m=α式中α为电离度。
AB型弱电解质在溶液中电离达到平衡时,电离平衡常数K a?,起始浓度C0,电离度α有以下关系:+ + B-起始浓度mol/L:C0 0 0平衡浓度mol/L:C0·(1-α) αC0 αC0K c ?=[c(A+)/c?][c(B-)/c?]/[c(AB)/c?]=Cα2/(1-α)=C0Λm2/[c?Λ∞m(Λ∞m-Λm)]根据离子独立定律,Λ∞m 可以从离子的无限稀释的摩尔电导率计算出来。
Λm可以从电导率的测定求得,然后求出K a?。
Λm C0/c? =Λ∞m2K c?/Λm-Λ∞m K c?通过Λm C/c?~1/Λm作图,由直线斜率=Λ∞m2K c?,可求出K c?。
三、仪器与试剂DDS-11A(T)型电导率仪1台;恒温槽1套;0.1000mol/L醋酸溶液。
四、实验步骤1.调整恒温槽温度为25℃±0.3℃。
2.用洗净、烘干的义形管1支,加入20.00mL的0.1000mol/L醋酸溶液,测其电导率。
3.用吸取醋酸的移液管从电导池中吸出10.00mL醋酸溶液弃去,用另一支移液管取10.00mL电导水注入电导池,混合均匀,温度恒定后,测其电导率,如此操作,共稀释4次。
实验十 弱电解质电离常数的测定(电导法)

实验十弱电解质电离常数的测定(电导法)Ⅰ、目的要求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。
Ⅱ、基本原理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测定。
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:l/A—电导池常数,以K cell表示;k—电导率,S/m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(KCl)先求出电导池常数,然后把欲测溶液放入该电导池测出其电导值,再根据(3)式求出其电导率。
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,单位为S·m2·mol-1。
摩尔电导率与电导率的关系:(3)式中:c—该溶液的浓度,mol/L对于弱电解质溶液,认为:(4)式中:Λm∞—溶液在无限稀释时的摩尔电导率,S·m2·mol-1对于强电解质溶液(如KCl,NaAc),其Λm和c的关系为对于弱电解质(如HAc等),Λm和c则不是线性关系,故其不能像强电解质溶液那样,从Λm—√c的图外推至c=0处求得Λm∞。
但在无限稀释的溶液中,每种离子对电解质的摩尔电导率都有一定的贡献,是独立移动的,不受其他离子的影响,对电解质Mν+ Aν-来说,即弱电解质HAc的Λm∞可由强电解质HCl、NaAc和NaCl的Λm∞的代数和求得把式(4)代入式(1)可得:(5)或(6)以cΛm对1/ Λm作图,其直线的斜率为(Λm∞)2K c,如知道Λm∞值,就可算出K c。
Ⅲ、仪器试剂电导仪(或电导率仪)、恒温槽、电导池、电导电极、容量瓶(100ml)5只、移液管(25ml、50ml各1个)、洗瓶、洗耳球0.0100mol/LKCl溶液、0.1000mol/LHAc溶液Ⅳ、实验步骤1.用50ml容量瓶将原始醋酸溶液(0.1000mol/L)进行2倍、4倍、8倍稀释,得到4种不同浓度的醋酸溶液。
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:
电导法测定弱电解质的电离常数实验数据处理

五、实验数据记录与处理1、作图法求K ΘHAc 。
(1)根据公式:如果以1/Λm 对cΛm 作图,截距即为1/Λ∞m ,由直线的斜率和截距即可求得K ΘHAc 。
表一 摩尔电导率以及各溶液的浓度 (3)以1/Λm 对cΛm 作图(见图一)。
1/ΛmcΛm图一 以1/Λm 对cΛm 作图求K ΘHAc 图二 以1/Λm 对cΛm 作图拟合结果 根据拟合结果:直线的斜率为:42664.10717;直线的截距为:28.1034 根据公式: K ΘHAc =(截距)2*10-3/斜率 =1.85*10-5通过查阅《普通化学原理》附表,知:25℃时,醋酸的K ΘHAc =1.75*10-5相对误差:5.71%2、求醋酸的电离度α。
根据弱电解质的电离度与摩尔电导率的关系: 求出五组不同浓度的醋酸溶液的电离度,见表二。
其中25℃下的Λ∞由表三得到。
表二 醋酸溶液的电离度 表三 不同温度下无限稀释的醋酸溶液的摩尔电导率(10S ·m /mol )3、计算法求K ΘHAc根据公式:通过计算的方法求得K Θ,与作图法以及标准值比较,相关数据见表四。
表四 计算的方法求得K HAc根据计算的结果,只有c/16的K ΘHAc 与其他数据相差较大,这与通过作图拟合时的数据一致,通过图一中对无根数据的拟合,可以看出也是c/16的数据点偏离拟合直线比较多,应该是实验误差所致。
4、对第一次实验数据的处理以及处理结果。
注:本次实验我们小组测量了两次,原因是第一次实验测量的数据通过拟合直线虽然斜率是可靠的,但是其截距是负值,这与直线方程的截距物理意义不符合,通过询问前面几组的数据,我们发现用右侧仪器的小组数据都出现了这样一个问题,因此我们决定用另外一个仪器第二次测量。
表五 第一次测量的实验数据及相关计算数值(2)作图法求KΘHAc1/ΛmcΛm图三 第一次实验数据以1/Λm 对cΛm 作图求K ΘHAc 图四 第一次实验数据以1/Λm 对cΛm 作图拟合结果 根据拟合结果:直线的斜率为:36293.42452;直线的截距为:-266.69365 根据公式:因为截距为负值无法加入计算,因此用表三中25℃时的摩尔电导率代入计算:求得K ΘHAc =(1/0.03908)2/斜率=1.80*10-5通过查阅《普通化学原理》附表,知:25℃时,醋酸的K ΘHAc =1.75*10-5 相对误差:2.86%。
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.ppt

一、实验目的与要求 1、用电导法测量电解质溶液的电离平衡常数。 2、了解溶液的电导、电导率、摩尔电导率的基 本概念。 二、实验原理 电导是电阻的倒数,其物理意义是:当导体 两端的电位差为1伏特时所通过的电流强度。 在电导池的情况下,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:
恒温10分钟进行测量其电导率。用同样方法 测定另两种浓度醋酸溶液的电导率。 4、测量完毕后,倒去醋酸液,洗净电导池及 铂黑电极,电导池中注入电导水,测其电导 率。 五、注意事项 温度对电导有很大的影响,所以整个实验必 须在同一温度下进行。 六、数据处理 1、计算各浓度醋酸溶液的摩尔电导率Λm, 电离度α,电离常数Kc。
2、298K时,无限稀释溶液中离子的无限稀 释离子摩尔电导率 Λm ∞ =349.8×10-4S· m2· mol-1, Λm ∞ =40.9×10- 4S· m2· mol-1。 七、思考题: 1、能否用电桥测电导? 2、实验中为何用镀铂黑电极?使用时应注意 哪些事项?
开关
电导率仪的结构
量程
显示屏
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(α)有如下关系:
c 2 Kc 1
(10-3)
在一定温度下Kc是一常数,因此可通过测定醋酸 在不同浓度下的电离度来计算Kc值。 根据电离学说,弱电解质的电离度α随溶液的稀释 而增大,当溶液无限稀释时,则弱电解质全部电离, 在一定温度下,溶液的摩尔电导与离子的真实浓度 成正比,因而也与电离度(α)成正比,所以弱电 解质的电离度(α)应等于溶液在浓度为C时的摩 尔电导率Λm 和溶液在无限稀释时的摩尔电导率Λm ∞ 之比,即:
G=A/L (10-1) Λ称为电导率,即L为1米2时溶液的电导,其值与电 导池的结构无关。 电解质溶液的电导不仅与温度有关,而且还与 溶液的浓度有关,因此通常用摩尔电导这个量值来 衡量电解质溶液的导电本领。 摩尔电导的定义如下:含有1摩尔电解质的溶 液全部置于相距为1米的两个电极之间,此时两电 极之间的电导率称为摩尔电导率( Λm )。摩尔电 导率与电导率之间有如下关系: Λm =Λ/C (10-2) 式中C为溶液的摩尔浓度。
实验二 电导法测定弱电解质的电离平衡常数和难溶盐的溶度积

作图求得
和
二、实验原理
5.电导法测定溶度积
(PbSO4 ) (溶液) (水) 3 3 c(饱和) 10 10 m (PbSO4 ) m (PbSO4 )
1 2 1 (PbSO4 ) m ( Pb ) m ( SO 2 4 ) 2 2 2
二、实验原理
4. 解离平衡常数
HAc 起始时: c 平衡时: c(1-α) H+ + Ac0 0 cα cα
c 2 Λm $ K$ c Λm ( Λm Λm )
c Λm $ 1 1 c $ 2 Λm K ( Λm ) Λm
1 $ cΛ 作图求得 。 K 对c对 对c 作图求得 和 m Λm
二、实验原理
2.摩尔电导率
溶液的摩尔电导率是指含有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:
10 Λm c
3
Λm的单位是Sm2 mol-1,c的单位为moll-1。
二、实验原理
3. 电离度
Hale Waihona Puke Λm ΛmΛm可由实验测得的 求出。
Λm (H + ) λm (Ac ) HAc λm Λm (HCl) Λm (NaAc) Λm (NaCl)
注意单位,数据处理时要转成S m-1
4.
四、实验数据处理
1 对c Λ m 作图求得 K $(HAc)。 1. Λm
2. 计算硫酸铅溶度积 K sp 。
电解质溶液的电导G是其电阻R的倒数,其大小与两 电极间的距离(l)成反比,与电极的面积(A)成正比。 A l 表示为:G 或 G K cell G A l Kcell称为电导池常数,
弱电解质电离常数的测定

实验五 弱电解质电离常数的测定
(3)结论: c与α c与Ki的关系 (4)讨论 实验要求
不告诉学生,批改实验报告时按要求扣分 Ki 的文献值为1.75×10-5 ,要求学生实验结果 Ki的平均值为(1.3~2.3)× 10-5
实验五
目的要求
弱电解质电离常数的测定
1. 学习容量瓶的洗涤与使用 2. 学习移液管、吸量管的洗涤与使用 3. 学习pH法、电导率法测定醋酸的电离常数
实验五 弱电解质电离常数的测定
原理
1) pH法:Ki = [H+][Ac-]/[HAc] 2)电导率法: Ki = (κ2 ×106) / [nΛ0(ncΛ0-κ×103)] 3)有效数字概念与数据处理方法:(P68-72) A)pH计:2位有效数字。如:3.20中,后2位是有效数 字。 B)电导率仪:3位半有效数字。如:×3.48中,首位只 能是“0”或“1”,算“半位有效数字”。 C)选用极限摩尔电导率Λ0时,利用“内插法”或“外 推法”。如:实验温度300K,则可用教材P85表2-5 中298K和303K的Λ0值由“内插法” 求出300K时的Λ0 值。
实验五 弱电解质电离常数的测定
报告格式 (1) 基本原理 (2) 实验内容及数据处理 A) pH法
编号 1 2 3 4 CHAc pH [H+]
Ki
α
Ki的平均值与误差
实验五 弱电解质电离常数的测定
B) 电导率法
编号 1 2 3 4 CHAc
κ
Ki
α
Ki的平均值与误差
附:在2种方法中,都要求以1号为例,给出具 体计算过程
实验五 弱电解质电离常数的测定
基本操作ห้องสมุดไป่ตู้
1)容量瓶的洗涤与使用:(P28-29) 2)移液管、吸量管的洗涤与使用: (P27-28) 3)PHS-3C型pH计的使用:(参考说明书) 4)DDS-307型电导率仪的使用:(参考 说明书)
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电桥法测定弱电解质的电离常数【教学目的】1. 掌握电桥法测量电导的原理和方法,初步掌握示波器的使用。
2. 测定电解质溶液的电导并计算弱电解质的电离常数。
【教学重点】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【教学内容】 一、实验原理醋酸在溶液中电离达到平衡时,其电离平衡常数K c 与浓度c 和电离度a 有以下关系aa c c K c -=12(1)在一定温度下K c 是一个常数,因此可以通过测定醋酸在不同浓度下的电离度,代入(1)式计算得到K c 值。
醋酸溶液的电离度可用电导法来测定,图14-2是用来测定溶液电导的电导池。
电导的物理意义是:当导体两端的电势差为1伏特时所通过的电流强度。
亦即电导=电流强度/电势差。
因此电导是电阻的倒数,在电导池中,电导的大小与两极之间的距离l 成反比,与电极的面积A 成正比。
lAkG = (2)k 称为电导率或比电导,即l 为1m ,A 为1m 2时溶液的电导,因此电导率这个量值与电导池的结构无关。
电解质溶液的电导率不仅与温度有关,而且还与溶液的浓度有关,因此通常用摩尔电导率这个量值来衡量电解质溶液的导电本领。
摩尔电导率的定义如下:含有一摩尔电解质的溶液,全部置于相距为1m 的两个电极之间,这时所具有的电导称为摩尔电导率,摩尔电导率与电导率之间有如下的关系。
ckA m =(3)(3)式中c 为溶液中物质的量浓度,单位为mol ·m -3。
根据电离学说,弱电解质的电离度a 随溶液的稀释而增大,当溶液无限稀释时,则弱电解质全部电离a →1,在一定温度下溶液的摩尔电导率与离子的真实浓度成正比,因而也与电离度a 成正比,所以弱电解质的电离度a 应等于溶液在量浓度c 时的摩尔电导率∧m 和溶液在无限稀释时摩尔电导率∞∧m 之比,即:∞∧∧=mma (4)将(4)式代入(1)式得:)(20m m m m c c c K ∧-∧∧∧=∞∞ (5)K c 值即可通过(5)式由实验测得。
由电导的物理概念可知:电导是电阻的倒数,对电导的测量也是对电阻的测量,但测定电解质溶液的电阻有其特殊性,当直流电流通过电极时会引起电极的极化,因此必须采用较高频率的交流电,其频率一般应取在1000Hz 。
另外,构成电导池的两个电极应是惰性的,一般是铂电极,以保证电极与溶液之间不发生电化学反应。
精密的电阻测量通常均采用电桥法,其精度一般可达0.0001以上。
它的原理如图1所示。
图1交流电桥法测量原理图S 为高频(1000Hz/S )交流电源,AB 为一均匀且带有刻度的滑线电阻,G 为示零器(示波器或耳机),R 3为可变电阻,R x 为电导池两极间的电阻。
调节电阻R 3或移动接触点D ,使CD 两点间电势差等于零,此时CD 间没有电流,即AD AC V V =DB CB V V =(6)所以I 1R 1=I 2R 3 (7) I 1R 2=I 2R x(8)(7)式除以(8)式得:xR R R R 321=3211R R R R G x x ==(9)由(9)式可得Gx 值,但还必须换算成电导率k ,由k 可通过(3)式求得摩尔电导率∧m 。
由(2)式可知G K G Alk cell ==(10)(10)式中k cell 称为电导池常数,它是电导池两个电极间的距离与电极表面积之比。
为了防止极化,通常将铂电极镀上一层铂黑,因此真实面积A 无法直接测量,通常可将已知电导率k 的电解质溶液(一般用的是标准的0.01000mol ·dm -3KC1溶液)注入电导池中,然后测定其电导G 即可以(10)式算得电导池常数k cell 。
当电导池常数k cell 确定后,就可用该电导池测定某一浓度c 的醋酸溶液的电导,再用(10)式算出k ,加c 为已知,则c 、k 值代入(3)式算得该浓度下醋酸溶液的摩尔电导率,因此只要知道无限稀释时醋酸溶液的摩尔电导率∞∧m 就可以应用(5)式最后算得醋酸的电离常数中K c 。
在这里∞∧m 的求测是一个重要问题,对于强电解质溶液可测定其在不同浓度下摩尔电导率再外推而求得,但对弱电解质溶液则不能用外推法,通常是将该弱电解质正、负两种离子的无限稀释摩尔电导率加和计算而得(∞-∞++∞∧+∧=∧,,_m m m v v ),不同温度下醋酸∞∧m 的值见下表不同温度下醋酸的∞∧m (S ·m 2·mol -1)二、仪器与试剂(一)仪器滑线电阻器1个旋转电阻箱1个低频信号发生器1个示波器1台电导池1个恒温槽1套(二)试剂KC1标准溶液(0.01000mol·dm-3)HAc溶液(0.1000mol·dm-3)HAc溶液(0.0500mol·dm-3)HAc溶液(0.0250mol·dm-3)三、实验步骤1.调节恒温槽温度为298.2K±0.1K,如室温高于298.2K可将恒温槽温度调至303.2K(±0.1K)或308.2K(±0.1K)。
2.按图14-3接好交流电桥线路,频率选在1000Hz,将示波器内桥平衡调好。
3.测定定电导池常数K cell倾去电导池中蒸馏水(电导池不使用时,应把它浸在蒸馏水中,以免干燥后难以清除被铂黑所吸附的杂质,并且避免干燥的电极浸入溶液时,表面不易完全浸润,表面附着小气泡,使电极表面积发生改变,影响测量结果),用少量0.0100 mol·dm-3KC1溶液洗涤电导池和铂电极,一般三次,然后倒入0.0100 mol·dm-3的KC1溶液,使液面超过电极1~2cm,再将电导池置于所需温度的恒温槽中,恒温5~10min,进行测量,将滑线电阻器调至中间(使R1,R2两个桥臂相等),调整R3至示波器显示屏上出现一条直线(未调R3以前示波器上显示玻弦波形)记下R3值,重复测定3次。
4.测定醋酸溶液的电导(浓度由小至大测定)倾去电导池中的KC1溶液,将电导池和铂电极用蒸馏水洗涤。
再用少量的被测的醋酸溶液洗涤三次,然后注入被测的醋酸溶液,使溶液超过电极1~2cm,再将电导池置于所调好温度的恒温槽中,恒温5~10min,同测电导池常数法一样,记下R3值,同法测定另两种浓度醋酸溶液的电导。
5.醋酸溶液的电导测量完毕后,再次测定电池常数以鉴定实验过程中电导池常数有无变化。
四、数据记录及数据处理1.电导池常数K cell0.0100 mol·dm-3标准KC1溶液的电导率k=0.1413S·m-1(在298.2K 及p0时),不同温度下的电导率k见下表。
不同温度下0.0100 mol·dm-3标准KC1溶液的电导率k(S·m-1)由(10)式计算得K cell,并填入下表:恒温槽温度:℃2.醋酸溶液的电离常数Kc将原始数据及处理结果填入下表:附:【教学讨论】1.使用一定频率的交流电源的有关问题在电导测量中,电源不能直接使用直流电源,因为直流电会引起溶质在电极上电解而产生一系列的极化作用,使溶液的实际电阻发生变化,从而影响测量的精度。
在电解质溶液的电导测定中必须使用交流电源,电源的电压一般不超过10V,甚至可低到0.5V。
这是为了防止电导池中产生热效应而使温度发生改变以及减少电极的极化。
同时交流电的频率一般为1000~4000Hz,其原因如下:由于电导池中的两个电极可构成一平板电容器,故在测量中整个电极系统实际上是一个比较复杂的电阻与电容串、并联的系统。
C1、C1'─ 静电容C2 ─ 电解质电容 R1、R1'─ 电极电阻R2、R2'─ 极化电阻R3 ─ 电解质电阻电导池的实际阻抗是 Z=R-j (*)式中:R ─ 各个电阻之和 C ─ 回路中的总电容值ω ─ 电源的频率因此由于电容的实际存在,不仅改变了两个极片间的电阻值,而且会造成相移,严重地影响测量结果。
由公式(*)可见,交流电频率愈高,则电容项的影响愈小,电路的特性才基本取决于电极间溶液的电阻。
为了实现这一目的可从两个方面采取措施。
其一是加大溶液的电阻。
其方法是改变极板间的距离及电极面积,但此法有一定的范围限制。
其二是加大电源的频率ω,ω越高,电容项的影响越小。
但交流电的频率不能过高,这是因为交流电通过一段导体时,通常会产生漏电,其原因可以是由电路各部分之间及电路与大地之间会产生电容耦合,也可以是电路间的互感及外界磁场的耦合,这种漏电将随交流电的频率增高而加剧。
交流电桥的平衡条件是:电桥的电路对地无漏电;电桥各部分之间无漏电;电桥各支线间无互感。
因此交流电的频率过高时会对仪器的制造、安装、调整及溶液电阻的测量带来困难。
实验所使用的交流电频率高低可根据以下方法来确定,即:在达到某一频率后,仪表的读数不再因频率的增加而有显著变化时,就可选定这一频率作为电导池的工作频率。
一般溶液浓度较低或溶液电阻较小时,频率可选择低一些,溶液浓度较大或电阻较大时,则频率就要高一些。
为防止交流电桥漏电,除了控制交流电的频率外,还需要合理安排电桥元件的位置,使它们相互之间以及与外界磁场源之间保持一定距离,以减少相互间的耦合。
同时应对元件采取完善的电磁屏蔽(当交流电频率不过高时可省去)和接地措施,使各种电磁耦合对测量的影响减至最小程度。
2.关于电导电极的选择问题待测溶液的电阻值对测量精度影响较大,电阻值不能太低但也不能过高,电阻值过高,交流电桥的不平衡信号难以检出。
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。
G<5×10-6 S:因极化小,可采用光亮的260型电导电极R=5×10-6~1.5×10-1 S:可采用铂黑260型电导电极R=1.5×10-1 S~5×10-1 S:可采用U型电导电极,此类电极电极面积很小,而电极间距离很大。
3.交流电的波形为了避免电极极化,应采用较高频率的交流电源。
交流电的波形应对称,谐波系数要小,最好是纯的正弦波,这样每周之间通过的电流很小,且正反两方向流过的电量完全相等,可认为在电极上没有化学反应发生。
如果交流波形不对称,则总的说来,某一方向通过的电量就会过剩,从而产生与直流电相同的效应,使电极极化。
【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?。