物理化学实验报告
姓名:王军利
班级:材料卓越
学号:11031020115
教师:李慎新
学院:材料化学与工程学院
实验六 电导法测定乙酸电离平衡常数
一、 实验目的
1、 掌握电导、电导率、摩尔电导率的概念以及他们之间的联系。
2、 掌握由电导法测定弱电解质电离平衡常熟的原理。
二.实验原理:
1.电离平衡常数Kc的测定原理
在弱电解质溶液中,只有已经电离的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弱电解质已全部电离,此时溶液的摩尔电导率为,可以用离子的极限摩尔电导率相加而得。而一定浓度下电解质的摩尔电导率∧m与无限稀释的溶液的摩尔电导率是有区别的,这由两个因素造成,一是电解质的不完全离解,二是离子间存在相互作用力。二者之间有如下近似关系:
(1)
式中为弱电解质的电离度。
对AB型弱电解质,如乙酸(即醋酸),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的关系推导如下:
CH3COOH →CH3COO- + H+
起始浓度 c 0 0
平衡浓度 c(1-α) ca ca
则
(2)
以式(1)代入上式得: (3)
因此,只要知道∧m∞和∧m就可以算得该浓度下醋酸的电离常数Kc。
将式(2)整理后还可得:
(4)
由上式可知,测定系列浓度下溶液的摩尔电导率∧m,将对1/Λm作图可得一条直线,由直线斜率可测出在一定浓度范围内的平均值。
2.摩尔电导率∧m的测定原理
电导是电阻的倒数,用G表示,单位S(西门子)。电导率则为电阻率的倒数,用k表示,单位为G·m-1。
摩尔电导率的定义为: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。
∧m= κ/c (5)
式中c为溶液中物质的量浓度,单位为mol·m-3。
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。
G = κA/ l (6)
由(6)式可得
κ=G (7)
对于固定的电导池,l和A 是定值,故比值l/A为一常数,以表示,称为电导池常数,单位为m-1。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,通常将已知电导率κ的电解质溶液(一般用的是标准的0.01000mol·L-1KCl溶液)注入电导池中,然后测定其电导G即可由(7)式算得电导池常数。
当电导池常数确定后,就可用该电导池测定某一浓度c的醋酸溶液的电导,再用(7)式算出κ,将c、κ值代入(5)式,可算得该浓度下醋酸溶液的摩尔电导率。
在这里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,即:
(8)
不同温度下醋酸的值见表1。
表2.5 不同温度下醋酸的 (S·m2·mol-1)
二、 实验器材
DDBJ-350便携式电导率仪,电导电极,恒温槽,烧杯、锥型瓶,移液管(25mL);
0.0200 mol·L-1 标准溶液,0.1779 mol·L-1 标准溶液
四、实验步骤
1、 调节恒温水槽水浴温度为25°C,将实验中要测定的溶液和一定量的蒸馏水恒温。
2、 校准便携式电导率仪的电导常数:量取一定量0.2mol/L的溶液于小烧杯中,并放置于恒温水槽中恒温至25°C。用滤纸将两电极擦拭干净并测出溶液的电导率;并与0.276s/m相比,若差很多,重新调节。
3、 测量醋酸溶液的电导率:
(1)、取50ml0.1779mol/L的醋酸溶液于小锥形瓶中并置于恒温水槽中至温度升到25°C,两电极洗净擦干,用电导率仪测出其电导率,每隔一两分钟测一次,测三次。
(2)、用移液管吸取锥形瓶中醋酸25ml,再加入25ml水稀释醋酸,并测其电导率。重复该操作,依次稀释四次。
(3)记录实验数据。
(4)将电导电极、温度传感器洗净,依然将电导电极泡在蒸馏水中。收拾好实验桌。
五、数据处理
1.将原始数据及处理结果填入下表:
2.根据测得的各种浓度的醋酸溶液的电导率,求出各相应的摩尔电导率∧m和电离度a及电离平衡常数Kc。
实验温度: 25℃
3.用对1/∧m作图或进行线性回归,求出相应的斜率和截距,求出平均电离常数Kc。
直线斜率为2.9×,又因为斜率表示为所以可得:=2.9×,得=1.87×
六、思考题:
1.电导池常数是否可用测量几何尺寸的方法确定?
答:不能。测定电导池常数可以用标准溶液测定法,用氯化钾为标准物质;还可以用与标准电极比较法测定。
2.实际过程中,若电导池常数发生改变,对平衡常数测定有何影响?
答:溶液电导一经测定,则?正比于。即电导池常数测值偏大,则算得的溶液的溶解度、电离常数都偏大,反之,电导池常数测值偏小,则电离常数偏小。
七、误差分析
1、所取溶液浓度的准确性。
2、读数过程中,温度是否达到25℃;读数间隔时间是否够。
3、稀释过程的准确性。
4、电导仪校准时也可能未达要求。
查表可得:25℃k标=1.72L·mol-¹·min-¹
所以:相对误差为d=(1.72-1.2)/1.72×100%=30%
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