实验名称：电导的测定及其应用             实验类型：________________同组学生姓名：__________

一、实验目的和要求（必填）                                       二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）                                          四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理                                              六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的

1、理解溶液的电导、电导率和摩尔电导率的概念；

2、掌握电导率仪的使用方法；

3、掌握交流电桥测量溶液电导的实验方法及其应用。

二、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KC与原始浓度C和电离度α有以下关系：

                                                                          （1）

在一定温度下KC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KC，醋酸溶液的电离度可用电导法来测定。

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Kcell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Kcell，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，其单位为S·m2·mol-1。摩尔电导率与电导率的关系：

         Λm＝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：

α＝Λm /Λm ∞                                                (4)

式中，Λm ∞是溶液在无限稀释时的摩尔电导率

把(4)代入(1)式可得：

                                                                  （5）

或

                                   (6)

以CΛm对 1/Λm作图，其直线的斜率为 (Λm ∞  )2KC，若已知Λm ∞  值，就可求算KC。

柯尔劳施根据实验得出强电解质稀溶液的摩尔电导率Λm与浓度有如下关系：

Λ∞m为无限稀释摩尔电导率。可见，以Λm对作图得一直线，其截距即为Λ∞m。

2. CaF2(或BaSO4、PbSO4)饱和溶液溶度积(KSP)的测定

CaF2的溶解平衡可表示为：

CaF2Ca2+  +2F－

KSP = C(Ca2+)·[C(F－)]2 = 4C3                                   (7)

难溶盐的溶解度很小，饱和溶液的浓度则很低，所以(3)式中Λm可以认为就是 Λ ∞m (盐)，C为饱和溶液中微溶盐的溶解度。

Λ ∞m (盐)＝                                              (8)

式中，κ盐是纯微溶盐的电导率。实验中所测定的饱和溶液的电导率值为盐与水的电导率之和。

                  κ溶液＝κH2 O＋κ盐                                            (9)

这样，可由测得的微溶盐饱和溶液的电导率利用(9)式求出κ盐，再利用(8)式求出溶解度，最后求出KSP。

    惠斯登电桥是比较法测定电阻的仪器，它的基本线路如图1。实验中，通过调整电桥上的R3，使得通过其上的电流为零，即表明C点和D点的电势相等，可以等到如下关系:

                        R1 / Rx = R2 / R3                                                  (10)

      

                    图1 交流电桥测定溶液电阻的简单线路图

三、主要仪器设备

仪器：音频振荡器1台；电导率仪；电导池2只；铂黑电极1支；转盘电阻箱3只；恒温槽装置1套；50mL移液管4支；100mL容量瓶4个；示波器1台；

试剂：KCl(10.0mol·m-3)；HAc(100.0mol·m-3)；CaF2(或BaSO4、PbSO4)(A.R.)。

四、操作方法和实验步骤

1、溶液的配制

用0.02mol/L的KCl溶液配制不同浓度的KCl溶液，其浓度分别为0.02、0.02/2、0.02/4、0.02/8、0.02/16。并分别做好标记，放入25℃的恒温槽中备用。

2、电路的连接

将恒温槽温度调至(25.0±0.1)℃或(30.0±0.1)℃，按照上图连接好电路图。注意需要按照电路图中ABCD四个点来连线。

3、测定不同浓度的KCl溶液的电阻

用电导水洗涤电导池和铂黑电极2～3次，然后注入电导水，将电极插入溶液中，按照浓度依次升高的顺序分别测定5个溶液的电阻值。恒温后测其电导(率)值，将电桥臂按照1：1、1：2、2：3三种形式进行测量。记录测定出来的数据。

4、用电导率仪来测定自来水和去离子水的电导率

首先对于使用高调还是低调进行估计和判断，如果电导率大于300×10-4S/m，则使用高调，反之则使用低调。在测量之前首先要校准，即在校准档将指针调至最大。测量时同样要注意从大量程向小量程调，最终达到精确。

【注意事项】

?   1、电导池不用时，应把两铂黑电极浸在蒸馏水中，以免干燥致使表面发生改变。

?   2、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)℃或(30.0±0.1)℃。

?   3、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

五、实验数据记录和处理

室温：16.1℃；大气压：101.98kPa；25℃电导水的电导率κ（H2O）=1.50 uS·cm-1

表一 交流电桥测量溶液电导的数据记录

已知25℃时，0.02 mol/L KCl溶液的电导率κ=0.2765 S·m-1；

由表一知，此时G（KCl）= 0.004594 S；

由公式κ= GKcell得Kcell=60.187 m-1；

由公式Rx  = （Rx1 + Rx2 + Rx3）/ 3; G = 1 / Rx; κ=GKcell; Λm=κ/c所得数据如表一。

由图2 可得Λ∞m = 0.01511 S·m2·mol-1

                                  图2. Λm对所作的图

六、实验结果与分析

文献值：Λ∞m （文献）= 0.014979S·m2·mol-1

误差：E = (Λ∞m -Λ∞m （文献）) / Λ∞m （文献）*100% =  0.9%        

误差分析：

1、溶液配制时产生的误差。

2、信号不明显，即某个电阻改变一个大阻值，其示波器的变化不大，导致误差的产生。

七、讨论、心得

实验心得：本实验是电导的测定及其应用，主要是掌握交流电桥测量溶液电导的实验方法，实验步骤较少，但实验操作时要小心谨慎，尤其在溶液配制的时候要极其小心，还有，在测定不同浓度的KCl溶液的电阻时要有耐心，尽量减小误差。

思考题：

1、如何定性地解释电解质的摩尔电导率随浓度增加而降低？

答：对强电解质而言，溶液浓度降低，摩尔电导率增大，这是因为随着溶液浓度的降低，离子间引力变小，粒子运动速度增加，故摩尔电导率增大。

对弱电解质而言，溶液浓度降低时，摩尔电导率也增加。在溶液极稀时，随着溶液浓度的降低，摩尔电导率急剧增加。

2、为什么要用音频交流电源测定电解质溶液的电导？交流电桥平衡的条件是什么？

答：使用音频交流电源可以使得电流处于高频率的波动之中，防止了使用直流电源时可能导致的电极反应，提高测量的精确性。

3、电解质溶液电导与哪些因素有关？

答：电解质溶液导电主要与电解质的性质，溶剂的性质，测量环境的温度有关。

4、为什么要测电导池常数？如何得到该常数？

答：要得到实验结果需用到公式κ= GKcell，而G可由实验得到，κ为待求量，所以必须测得电导池常数Kcell。Kcell = l/A，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Kcell，然后把待测溶液注入该电导池测出其电导值，再根据(2)式求出其电导率。

5、测电导时为什么要恒温？实验中测电导池常数和溶液电导，温度是否要一致？

答：因为电解质溶液的电导与温度有关，温度的变化会导致电导的变化。实验中测电导池常数和溶液电导时的温度不需要一致，因为电导池常数是一个不随温度变化的物理量，因此可以直接在不同的温度下使用。