氯化银溶度积的测定：原理、步骤与数据处理详解
氯化银溶度积的测定：原理、步骤与数据处理详解
溶度积是衡量难溶电解质溶解能力的重要物理量，对于氯化银（AgCl）这类难溶盐，其溶度积的测定具有重要的化学意义。本文将详细介绍如何通过实验测定氯化银的溶度积。
实验原理
测定氯化银溶度积采用的是电池电动势法。通过设计一个特定的电池，测量其电动势，进而计算出氯化银的溶度积。电池结构如下：
[ \text{Ag(s), AgCl(s)} \mid \text{KCl}(a_1) \parallel \text{AgNO}_3(a_2) \mid \text{AgCl(s), Ag(s)} ]
Ag-AgCl电极的电极电势可表示为：
[ E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln a_{\text{Ag}^+} ]
氯化银的溶度积 (K_{\text{sp}}) 为：
[ K_{\text{sp}} = a_{\text{Ag}^+} \cdot a_{\text{Cl}^-} ]
将上述两式结合，整理后得到：
[ \lg K_{\text{sp}} = -\frac{EF}{2.303RT} + \lg a_{\text{Ag}^+} \cdot a_{\text{Cl}^-} ]
通过测量电池的电动势 (E)，并已知银离子和氯离子的活度，即可求出氯化银的溶度积。
实验步骤
1. 电极制备
制备Ag-AgCl电极：
- 将表面经过清洁处理的铂丝电极作为阴极，把经过金相砂纸打磨光洁的银丝电极作为阳极，在镀银溶液中镀银。电流控制在5mA左右，40分钟后在铂丝上镀上紧密的银层。制好的银电极用蒸馏水仔细冲洗。
- 然后用它作阳极，另用一铂丝作阴极，用0.1mol/L的HCl溶液电解，电流同前。通电20分钟，在银层上形成Ag-AgCl镀层（紫褐色）。
- 制成的电极不用时放在含AgCl沉淀的HCl中，暗处保存。
镀银液配方：
- 分别将AgNO3(35-45g)、K2S2O5(35-45g)、Na2S2O3(200-250g)溶于300mL蒸馏水中，然后混和前2种溶液，并不断搅拌，生成白色的焦亚硫酸银沉淀，再加入Na2S2O3，不断搅拌，直到沉淀消失，加水到1000mL。
2. 电池组装
按照上述电池结构组装电池：
- 将制备好的Ag-AgCl电极分别插入KCl溶液和AgNO3溶液中
- 使用盐桥连接两个半电池
- 确保电极和溶液接触良好
3. 电动势测量
- 使用UJ-25型电势差计测量25℃时电池的电动势值
- 将电池置于25℃的恒温槽中
- 测定时，电池电动势值开始时可能不稳定，每隔一定时间测定一次，直到获得稳定值
数据处理
根据测得的电动势值，代入公式：
[ \lg K_{\text{sp}} = -\frac{EF}{2.303RT} + \lg a_{\text{Ag}^+} \cdot a_{\text{Cl}^-} ]
计算氯化银的溶度积。其中：
- (E) 为测得的电池电动势
- (F) 为法拉第常数（96485 C/mol）
- (R) 为气体常数（8.314 J/(mol·K)）
- (T) 为绝对温度（298 K）
注意事项
- 电极制备是实验的关键步骤，需要确保镀层均匀紧密
- 实验过程中要严格控制温度，确保测量的准确性
- 测量电动势时需要等待读数稳定，避免 haste 操作
- 所有试剂应使用分析纯，溶液用重蒸水配制
通过上述实验步骤，可以准确测定氯化银的溶度积，进而了解其在水溶液中的溶解平衡特性。这个实验不仅帮助我们掌握难溶电解质的溶解平衡知识，还让我们熟悉了使用电导率仪等现代仪器的方法。