物理化学实验

实验一(2)、弱电解质溶液电离平衡常数的测定

说明：

1、本实验竞赛时间为 180 分钟（以选手在实验报告首页确认编号和监考教师签名为准），其中实验操作120分钟，数据处理60分钟。 每超时10分钟扣5分，最多不得超过20分钟；

2、实验设计要求从实验开始起20分钟内完成并交监考教师审阅。如果实验设计需监考老师部分指导，可提出申请，但需扣除相应的分数；

3、如果无法完成实验设计，可以由监考老师提供，但实验设计部分分数将被扣去；

4、请注意合理运筹时间。如在等待过程中，可进行后续实验准备或思考问答题等；

5、提供给每位选手的试剂已足够，请注意用量。不必要的过量使用将被扣分；

6、请认真阅读仪器使用说明并仔细操作。损坏仪器、打破玻璃器皿将被扣分。

7、实验完成后，请将所有玻璃仪器清洗干净，仪器设备归零、关闭电源。保持台面干净整洁，恢复原状。否则将被扣分；

8、本实验提供计算机及绘图软件（Origin, Excel）、毫米方格纸、直尺、铅笔、签字笔，供选用。

实验试题：

氨水溶液电离平衡常数的测定

实验原理：

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。

将电解质溶液注入电导池内，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：

G＝κA/l                      (2)

式中，l/A为电导池常数，以K_cell表示；κ为电导率。

由于电极的l和A不易精确测量，因此实验中用一种已知电导率值的溶液，先求出电导池常数K_cell，然后把待测溶液注入该电导池测出其电导值，再根据(2)式求其电导率。

摩尔电导率与电导率的关系：

Λ_m＝κ/C                      (3)

式中，C为该溶液的浓度，其单位为mol·m^-3。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。

将式(4)代入式(1)可得：

                              (5)

或

                     (6)

以CΛ_m对 1/Λ_m作图，其直线的斜率为 ()²K_C，若已知值，可求算K_C。

有关数据：

1、0.0100 mol·dm^-3 KCl溶液的电导率

2、无限稀释离子的摩尔电导率和温度系数

    根据氨水电离原理及提供的仪器设备和试剂，设计一“氨水溶液电离平衡常数的测定”实验，测定氨水溶液电离平衡常数。

供选用的主要仪器设备：

DDS－308A型电导率仪1台；超级恒温槽1台；夹套恒温反应池1只；50mL容量瓶5只；10mL移液管1支； 2mL移液管1支；250mL烧杯1只；废液回收杯1只。

供选用的试剂：

KCl溶液(0.010 mol·dm^-3)；氨水溶液(0.100 mol·dm^-3)；电导水。

回答问题（请将答案写在实验报告中）：

1、为什么不能直接测量电导电极间的距离和面积计算电导池常数？

2、实验过程中，若电导率仪突然发生故障，换用另一台电导率仪继续做实验可以吗？以前的实验数据是否可用？为什么？

 

第二篇：实验一电导法测定弱电解质的电离平衡常数

实验一    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Λ_m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，Λ_m通常称为表观摩尔电导率。

Λ_m/Λ^∞_m=α(U₊+ U_-)/(U₊^∞+ U_-^∞)

若U₊= U_-^，，U₊^∞=U_-^∞则

Λ_m/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：                      AB       A⁺   +  B^-

起始浓度mol/L：         C₀        0      0

平衡浓度mol/L：       C₀·(1-α)   αC₀    αC₀

K_c^?=[c(A⁺)/c^?][c(B^-)/c^?]/[c(AB)/c^?]=C₀α²/(1-α)=C₀Λ_m²/[c^?Λ^∞_m(Λ^∞_m-Λ_m)]

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。Λ_m可以从电导率的测定求得，然后求出K_a^?。

Λ_mC₀/c^? =Λ^∞_m²K_c^?/Λ_m-Λ^∞_mK_c^?

通过Λ_mC₀/c^?~1/Λ_m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。

4.倒去醋酸溶液，洗净电导池，最后用电导水淋洗。注入20mL电导水，测其电导率。

五、实验注意事项

1.本实验配制溶液时，均需用电导水。

2.温度对电导有较大影响，所以整个实验必须在同一温度下进行。每次用电导水稀释溶液时，需温度相同。因此可以预先把电导水装入锥形瓶，置于恒温槽中恒温。

六、数据记录及处理

第一次实验：实验温度:25.2℃，电导池常数K(l/A):0.94 m^-1，Λ^∞_m=390.72 s.cm²/mol^-1

表1 醋酸电离常数的测定

计算：Λ_m/s^.m^2.mol^-1=(κ_HAC -κ_电导水)us^.cm^-1×10^-4/[c(HAC)mol^.L^-1×10³]

={(κ_HAC -κ_电导水) ×10^-7/c(HAC)}

Λ_m(1)={(0.520×10³-2.90)/(1.000×10^-1)}×10^-7=5.17×10^-4s^.m^2.mol^-1

Λ_m(2)={(0.375×10³-2.90)/(5.000×10^-2)}×10^-7=7.44×10^-4s^.m^2.mol^-1

Λ_m(3)={(0.265×10³-2.90)/(2.500×10^-2)}×10^-7=1.05×10^-3s^.m^2.mol^-1

Λ_m(4)={(0.187×10³-2.90)/(1.250×10^-3)}×10^-7=1.47×10^-2s^.m^2.mol^-1

Λ_m(5)={(0.129×10³-2.90)/(6.250×10^-4)}×10^-7=2.02×10^-2s^.m^2.mol^-1

Λ^∞_m(HAC)=Λ^∞_m(H⁺)+Λ^∞_m(AC^-)=349.82s.cm².mol^-1+40.9s.cm².mol^-1

=390.72 s.cm²/mol=3.9072×10^-2s.m².mol^-1

α=Λ_m/Λ^∞_m

α(1)= 5.17×10^-4/ 3.9072×10^-2=0.0142

α(2)= 7.44×10^-4 / 3.9072×10^-2=0.0199

α(3)= 1.05×10^-3 / 3.9072×10^-2=0.0275

α(4)= 1.47×10^-2 / 3.9072×10^-2=0.0397

α(5)= 2.02×10^-2/ 3.9072×10^-2=0.0545

K_c^?=C₀Λ_m²/[Λ^∞_m(Λ^∞_m-Λ_m)

K_c^?(1)=1.000×10^-1×(5.17×10^-4)²/[390.72×(390.72-5.17)×10^-8]=1.78×10^-5

K_c^?(2)=5.000×10^-2×(7.44×10^-4)²/[390.72×(390.72-7.44)×10^-8]=1.85×10^-5

K_c^?(3)=2.500×10^-2×(1.05×10^-3)²/[390.72×(390.72-1.05)×10^-8]=1.85×10^-5

K_c^?(4)=1.250×10^-3×(1.47×10^-3)²/[390.72×(390.72-1.47)×10^-8]=1.85×10^-5

K_c^?(5)=6.250×10^-3×(2.02×10^-3)²/[390.72×(390.72-2.02)×10^-8]=1.76×10^-5

K_c^?(平均值)= 1.82×10^-5

表2 醋酸电离常数的测定

 

 

 

 

 

 

直线斜率=Λ^∞_m²K_c^? =2.721×10^-8，K_c^?=2.721×10^-8/(390.72×10^-4)²=1.78×10^-5

第二次实验：实验温度:24.9℃，电导池常数K(l/A):0.94 m^-1，Λ^∞_m=390.72 s.cm²/mol^-1

表1 醋酸电离常数的测定

计算：Λ_m/s^.m^2.mol^-1=(κ_HAC -κ_电导水)us^.cm^-1×10^-4/[c(HAC)mol^.L^-1×10³]

={(κ_HAC -κ_电导水) ×10^-7/c(HAC)}

Λ_m(1)={(0.522×10³-3.10)/(1.000×10^-1)}×10^-7=5.17×10^-4s^.m^2.mol^-1

Λ_m(2)={(0.372×10³-3.10)/(5.000×10^-2)}×10^-7=7.44×10^-4s^.m^2.mol^-1

Λ_m(3)={(0.266×10³-3.10)/(2.500×10^-2)}×10^-7=1.05×10^-3s^.m^2.mol^-1

Λ_m(4)={(0.185×10³-3.10)/(1.250×10^-3)}×10^-7=1.46×10^-2s^.m^2.mol^-1

Λ_m(5)={(0.131×10³-3.10)/(6.250×10^-4)}×10^-7=2.05×10^-2s^.m^2.mol^-1

Λ^∞_m(HAC)=Λ^∞_m(H⁺)+Λ^∞_m(AC^-)=349.82s.cm².mol^-1+40.9s.cm².mol^-1

=390.72 s.cm²/mol=3.9072×10^-2s.m².mol^-1

α=Λ_m/Λ^∞_m

α(1)= 5.19×10^-4/ 3.9072×10^-2=0.0133

α(2)= 7.38×10^-4 / 3.9072×10^-2=0.0189

α(3)= 1.05×10^-3 / 3.9072×10^-2=0.0269

α(4)= 1.46×10^-2 / 3.9072×10^-2=0.0372

α(5)= 2.05×10^-2/ 3.9072×10^-2=0.0524

K_c^?=C₀Λ_m²/[Λ^∞_m(Λ^∞_m-Λ_m)

K_c^?(1)=1.000×10^-1×(5.19×10^-4)²/[390.72×(390.72-5.17)×10^-8]=1.79×10^-5

K_c^?(2)=5.000×10^-2×(7.38×10^-4)²/[390.72×(390.72-7.44)×10^-8]=1.82×10^-5

K_c^?(3)=2.500×10^-2×(1.05×10^-3)²/[390.72×(390.72-1.05)×10^-8]=1.86×10^-5

K_c^?(4)=1.250×10^-3×(1.46×10^-3)²/[390.72×(390.72-1.47)×10^-8]=1.80×10^-5

K_c^?(5)=6.250×10^-3×(2.05×10^-3)²/[390.72×(390.72-2.02)×10^-8]=1.81×10^-5

K_c^?(平均值)= 1.82×10^-5

表2 醋酸电离常数的测定

实验温度:24.9℃，电导池常数K(l/A):0.94 m^-1，Λ^∞_m=390.72 s.cm²/mol^-1

 

 

 

 

 

直线斜率=Λ^∞_m²K_c^? =2.720×10^-8，K_c^?=2.720×10^-8/(390.72×10^-4)²=1.78×10^-5