醋酸电离离解常数的测定

实 验 九 醋 酸 电 离 离 解 常 数 的 测 定 实 验 目 的 1. 学 会 用 电 导 法 测 定 一 元 弱 酸 的 解 离 常 数 ；2. 熟 悉 电 导 池 、 电 导 池 常 数 、 溶 液 电 导（ 或 电 导 率 ） 等 相 关 基 本 概 念 ；3. 掌 握 电 桥 法 测 量 溶 液 电 导 的 实 验 方 法 和技 术 。 实 验 原 理 根 据 Arrhenius（ 阿 累 尼 乌 斯 ） 的 电 离 理 论 ， 弱 电 解 质 与 强 电 解 质 不同 ， 它 在 溶 液 中 仅 部 分 解 离 ， 离 子 和 未 解 离 的 分 子 之 间 存 在 着 动 态平 衡 。 如 乙 酸 水 溶 液 中 ， 设 c为 乙 酸 的 原 始 浓 度 ， c为 解 离 度 ， 其解 离 平 衡 为 ： HAc H+ + Ac- 电 离 刚 开 始 时 ： c 0 0电 离 平 衡 时 : c(1-c) cc cc设 其 解 离 常 数 为 K， 则 =cc2/(1-c) （ 1）由 电 化 学 理 论 可 知 ， 浓 度 为 c的 弱 电 解 质 稀 溶 液 的 解 离 度 c 应 等 于该 浓 度 下 的 摩 尔 电 导 率 m和 溶 液 在 无 限 稀 时 的 摩 尔 电 导 率 之 比 ， 即 （ 2）将 （ 2） 代 入 （ 1） 式 得 ： （ 3） 在 上 式 中 ， c为 已 知 ， m通 过 本 实 验 求 得 ， 尽 管 随 温 度 的 变 化 而 变 化 ， 但 仍 然 可 以 应 用 离 子 独 立 运 动 定 律 计 算 得 到 。 （ 4） mc mmcK 2 AcHHAc , 实 验 原 理在 298.15K时 (HAc) 3.907 10-2Sm2mol-1。任 意 温 度 下 ， ,t(H+) m,25 C(H+)1+0.014(t-25) 349.82 10 4 1 0.014(t 25) Sm2mol 1 ,t(Ac-) m,25 C(Ac-)1+0.02(t-25) 40.9 10 4 1 0.02（ t 25） Sm2mol 1 如 何 求 得 指 定 温 度 和 浓 度 下 的 摩 尔 电 导 率 m呢 ？ 我 们 通 过 测 盛有 稀 溶 液 的 电 导 池 里 的 电 导 G或 电 导 率 的 方 法 来 解 决 。 )(1 lARG 当 浓 度 c的 单 位 用 molL 1表 示 而 摩 尔 电 导 率 m的 单 位 用Sm2mol 1表 示 时 ， m=0.001/c （ 5） 式 中 电 导 率 的 单 位 是 Sm-1， l为 测 量 的 电 导 电 极 两 极 片 间 的 间距 ， A为 电 极 片 的 截 面 积 ， 对 于 一 个 固 定 的 电 导 池 ， l和 A都 是 定 值 ， 故 比值 l/A为 一 常 数 ， 称 为 电 池 常 数 Kcell。 所 以 有 = Kcell/R （ 6） 根 据 以 上 关 系 ， 只 要 我 们 在 指 定 温 度 下 测 得 不 同 浓 度 下 的 电 导 率 （ 用 电 导 率仪 ） 或 溶 液 的 电 阻 （ 用 1000Hz交 流 电 下 的 惠 斯 通 电 桥 测 ） ， 就 可 以 计 算 出 摩尔 电 导 率 m， 再 根 据 式 （ 3） ， 即 可 计 算 出 解 离 常 数 K来 。 本 实 验 我 们 采 用测 溶 液 电 阻 的 方 法 ， 先 用 已 知 电 导 率 的 KCl标 准 溶 液 测 出 那 个 条 件 下 的 特 征电 阻 值 RS， 算 出 Kcell； 然 后 使 用 同 一 电 导 池 测 定 待 测 乙 酸 溶 液 的 电 阻 Rx，最 后 就 可 以 得 到 解 离 常 数 K 1 32x R RR R=xR溶 液 的 电 导 通 常 利 用 惠 斯 通 电 桥 来 测 定 ， 线 路 如 图 ， 其 中 S为音 频 讯 号 发 生 器 ， R1， R2， R3是 三 个 可 变 电 阻 箱 ， RX为 待 测溶 液 的 电 阻 值 ， H为 示 零 装 置 ， C1是 与 电 阻 R1并 联 的 一 个 可 变电 容 ， 用 以 平 衡 电 导 电 极 的 电 容 。 测 定 时 调 节 R1， R2， R3和 C1， 使 H无 电 流 通 过 ， 此 时 表 明 B、 D两 点 电 位 相 等 ， 电 桥 达 到 了 平 衡 （ 示 波 器 上 的 正 弦 波 就 变成 一 条 直 线 ） ， 即 有 ：的 倒 数 即 为 该 溶 液 的 电 导 。 实 验 步 骤1. 调 节 恒 温 水 浴 温 度 为 25.00 0.05 或 30.00 0.052. C/2和 C/4浓 度 HAc溶 液 的 配 制 ： 用 移 液 管 各 移 取 25.00ml真 实 浓 度 为 C的 HAc溶液 ， 分 别 注 入 50ml和 100ml容 量 瓶 中 ， 然 后 分 别 加 蒸 馏 水 至 刻 度 并 摇 匀 即 成 ， 其真 实 浓 度 分 别 为 原 溶 液 浓 度 的 1/2和 1/4。3. 按 图 用 导 线 连 接 电 桥 线 路 ， 接 好 后 需 经 教 师 检 查 。 检 查 并 调 节 示 波 器 及 低 频 信号 发 生 器 （ 输 出 频 率 为 1000Hz） 的 各 有 关 旋 钮 ， 然 后 接 通 各 自 电 源 ， 观 察 示 波 器屏 幕 ， 如 果 出 现 稳 定 的 正 弦 波 图 形 ， 说 明 接 线 正 确 ， 可 以 进 行 下 一 步 测 定 工 作 。4. 电 池 常 数 的 测 定 ：（ 1） 将 电 导 电 极 和 试 管 用 蒸 馏 水 洗 净 ， 然 后 用 少 量 0.01000mol/L的 KCl溶 液 涮 洗3次 ； 在 试 管 中 加 入 1/4 1/3容 积 的 KCl溶 液 ， 并 插 入 电 导 电 极 ， 将 试 管 置 于 恒 温水 浴 中 恒 温 5分 钟 以 上 。 注 意 ：a. 操 作 时 切 勿 触 碰 电 极 头 镀 铂 黑 处 ， 以 免 损 伤 铂 黑 镀 层 而 导 致 电 池 常 数 改 变 。b. 测 量 时 若 观 察 到 电 极 表 面 附 有 小 气 泡 ， 应 轻 轻 敲 击 振 动 试 管 ， 将 其 排 除 ， 以 免引 起 测 量 误 差 。 （ 2） 调 节 各 电 阻 箱 的 阻 值 ， 使 得 屏 幕 上 正 弦 曲 线 的 波 幅 减 小 为 0， 即 形 成 一 条 直线 ， 这 时 可 认 为 电 桥 达 到 平 衡 状 态 ， 将 电 阻 箱 各 档 位 的 读 数 相 加 ， 即 为 电 阻 箱 阻值 。（ 3） 重 复 步 骤 （ 1） 、 （ 2） 两 次 ， 即 一 共 测 定 3次 ， 计 算 时 取 其 平 均 值 。5 HAc溶 液 电 导 的 测 定 ： 按 上 述 (1)(3)的 方 法 ， 依 次 测 定 浓 度 为 C， C/2及 C/4的HAc溶 液 的 电 阻 值 。6. 实 验 完 毕 ， 关 闭 所 有 仪 器 电 源 ， 清 洗 玻 璃 仪 器 及 电 导 电 极 ， 并 将 电 导 电 极 呈 给老 师 检 查 后 置 于 蒸 馏 水 塑 料 瓶 中 浸 泡 保 养 。 实 验 注 意 事 项1、 锥 形 瓶 要 洁 净 ; 2、 示 波 器 要 正 确 调 节 ; 3、 接 线 不 能 有 断 路 情 况 ;4、 注 意 保 护 铂 黑 电 极 ， 铂 黑 不 能 擦 。 实 验 数 据 处 理 有 关 已 知 数 据 ： 25 下 0.01000mol/L KCl溶 液 电 导 率 =0.1413 Sm-1 无 限 稀 的 HAc水 溶 液 的 摩 尔 电 导 率 （ 25 ） ,m=3.907 10-2Sm2mol-1 将 实 验 数 据 列 表 ， 然 后 按 实 验 原 理 部 分 所 述 ， 分 别 计 算 电 池 常 数Kcell和 各 浓 度 HAc溶 液 的 解 离 常 数 K。 思 考 题1、 电 导 池 常 数 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 的 电 导 为 什 么 要 选 用 1000Hz的 交 流 电 源 ？ 能 否 用 直流 电 桥 ？ 3、 结 合 本 实 验 结 果 ， 分 析 当 HAc浓 度 变 稀 时 ， Rx、 、 m、 c、K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 ？4、 为 什 么 要 测 定 重 蒸 馏 水 的 电 导 率 ？ 本 实 验 中 为 什 么 要 用 重 蒸馏 水 做 溶 剂 ？5、 为 什 么 要 使 用 镀 铂 黑 电 极 ？ 示 波 器 面 板 上 各 旋 钮 的 作 用 ：1电 源 开 关2辉 度 控 制 屏 幕 上 光 迹 的 亮 度 ， 顺 时 针 方 向 旋 转 亮 度 增 加 ， 反 之 则 减 弱 。3聚 焦 控 制 光 点 聚 焦 。 聚 焦 良 好 时 ， 光 点 应 为 一 清 晰 的 小 圆 点 。4辅 助 聚 焦 辅 助 聚 焦 使 光 点 应 为 一 清 晰 的 小 圆 点 。5Y轴 位 移 控 制 荧 光 屏 上 Y轴 方 向 轨 迹 位 置 。6X轴 移 位 控 制 荧 光 屏 上 X轴 方 向 轨 迹 位 置 。7衰 减 分 1、 10、 100三 档 ， 供 选 择 适 当 的 偏 转 电 压 。 在 “ ”位 置 时 ， 机 内 电 压 直接 从 Y轴 输 入 端 送 入 。8微 调 控 制 荧 光 屏 上 Y轴 方 向 光 迹 的 长 度 。 顺 时 针 方 向 旋 转 光 迹 增 长 ， 反 之 则 减短 。9DC AC Y轴 放 大 器 的 耦 合 开 关 。 置 DC时 ， 被 测 信 号 直 接 送 到 Y轴 放 大 器 ； 在AC时 ， 被 测 信 号 经 电 容 器 耦 合 送 到 Y轴 放 大 器 。10平 衡 校 准 Y轴 直 流 放 大 器 平 衡 输 出 。11Y输 入 被 测 信 号 从 Y轴 输 入 的 接 线 柱 。 12扫 描 范 围 锯 齿 形 扫 描 频 率 范 围 变 换 开 关 。 TVT和 TVH分 别 为 电 视 场 频 和 行 频扫 描 。 在 “ 外 ” 接 时 ， 扫 描 发 生 器 停 止 工 作 ， 信 号 可 经 “ X输 入 ” 接 线 柱 送 入 X轴放 大 器 。13微 调 /相 位 置 “ 同 步 内 ” 时 ， 作 为 扫 描 频 率 微 调 控 制 器 。 当 置 于 “ 同 步 电源 ” 时 ， 起 相 位 调 节 作 用 。14同 步 控 制 扫 描 发 生 器 的 同 步 方 式 。 置 “ 内 ” 时 ， 同 步 信 号 自 Y轴 直 接 送 至 扫描 发 生 器 ； 置 “ 电 源 ” 时 ， 则 由 电 源 频 率 信 号 输 入 X轴 放 大 器 。15增 益 控 制 荧 光 屏 上 X轴 方 向 光 迹 的 长 度 。 顺 时 针 方 向 旋 转 光 迹 增 长 ， 反 之 则减 短 。 显 示 光 迹 长 度 在 6 内 。16X输 入 被 测 信 号 从 X轴 输 入 的 接 线 柱 。17 地 公 共 端 的 接 线 柱 。