电导率的测定及其应用实验报告

电导率的测定及其应用实验报告

电导率是衡量电解质溶液导电能力的重要指标，广泛应用于化学、环境监测等领域。本文通过实验测量KCl水溶液的电导率并计算其无限稀释摩尔电导率，用电导法测量醋酸在水溶液中的解离平衡常数，同时介绍了恒温水槽及电导率仪的使用方法。

实验目的

1. 测量KCl水溶液的电导率，求算它的无限稀释摩尔电导率。
2. 用电导法测量醋酸在水溶液中的解离平衡常数。
3. 掌握恒温水槽及电导率仪的使用方法。

实验原理

电解质溶液的电导率、摩尔电导率

对于电解质溶液，常用电导G表示其导电能力的大小。电导G是电阻R的倒数，电导的单位是西门子，常用S表示。

G = κA / l

κ为该溶液的电导率，l/A = Kcell，称为电导池常数。其意义是电极面积为1m²、电极间距为1m的立方体导体的电导，单位为S·m⁻¹。Kcell可通过测定已知电导率的电解质溶液的电导而求得。然后把欲测溶液放入该电导池测出其电导值G，再得出κ。

摩尔电导率Λm：

Λm = κ / C

C为溶液浓度，单位mol·m⁻³。

强电解质稀溶液的摩尔电导率

当溶液的浓度逐渐降低时，由于溶液中离子间的相互作用力减弱，所以摩尔电导率逐渐增大。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为无限稀释时的极限摩尔电导率，A视为常数。可见，以Λm对√C作图得一直线，其截距即为Λ∞m。

弱电解质溶液的摩尔电导率

在弱电解质稀溶液中，离子的浓度很低，离子间的相互作用可以忽视，因此在浓度C时的解离度α等于他的摩尔电导率Λm与其无限稀释摩尔电导率之比，即：

α = Λm / Λ∞m

对于HAc，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：

HAc → H+ + Ac-

t=0 C 0 0
t=平衡 C(1-α) Cα Cα

K⊙ = cα² / [c⊙(1-α)]

在一定温度下K⊙是常数，因此可以通过测定Hac在不同浓度时的α代入上式求出K。将α = Λm / Λ∞m代入上式中得出：

K⊙ = cΛm² / [c⊙Λ∞m(Λ∞m - Λm)]

或者 cΛm = (Λ∞m)²K⊙c⊙(1/Λm) - Λ∞mK⊙c⊙

以cΛm对1/Λm作图，其直线斜率为(Λ∞m)²K⊙c⊙，因此可算出K⊙。

实验仪器与试剂

仪器：梅特勒326电导率仪1台、量杯（50ml）2只、移液管(25ml)3只、洗瓶1只、洗耳球1只

试剂：10.00（mol/m⁻³）KCl溶液、100.0（mol/m⁻³）HAc溶液、电导水

实验步骤

1. 打开电导率仪开关，预热5min。

2. KCl溶液电导率的测定：

• 用移液管准确移入10.00（mol/m⁻³）KCl溶液25.00ml。置于洁净，干燥的量杯中。测其电导率3次，去平均值。
• 再用移液管准确移入25.00ml电导水，置于上述量杯中。搅拌均匀后，测其电导率3次，取其平均值。
• 用移液管准确移出25.00ml上述量杯中的溶液，弃去。再用移液管准确移入25.00ml点导水，置于上述量杯中。搅拌均匀后，测其电导率3次，取其平均值。
• 重复上述步骤。
• 倾去电导池中的KCl溶液，用电导水洗净量杯和电极。量杯放回烘箱，电极用滤纸吸干。

3. HAc溶液和电导水的电导率测定：

• 用移液管准确移入100.0（mol/m⁻³）HAc溶液25.00ml。置于洁净，干燥的量杯中。测其电导率3次，去平均值。
• 再用移液管准确移入25.00ml已恒温的电导水，置于上述量杯中。搅拌均匀后，测其电导率3次，取其平均值。
• 用移液管准确移出25.00ml上述量杯中的溶液，弃去。再用移液管准确移入25.00ml电导水，置于上述量杯中。搅拌均匀后，测其电导率3次，取其平均值。
• 再用移液管准确移入25.00ml电导水，置于上述量杯中。搅拌均匀后，测其电导率3次，取其平均值。
• 倾去电导池中的HAc溶液，用电导水洗净量杯和电极。然后注入电导水，测定电导水的电导率3次，去平均值。
• 倾去电导池中的电导水，量杯放回烘箱，电极用滤纸吸干。

数据记录与处理

室温：24.7℃ 大气压：100.24 Kpa 实验温度 23.8℃

已知数据：25℃下10.00（mol/m⁻³）KCl溶液电导率=0.4113S·m⁻¹; 25℃下无限稀释的Hac水溶液的摩尔电导率=3.907*10⁻²S·m²·mol⁻¹

KCl溶液的电导率测定

HAc溶液的电导率测定

电导水的电导率k( H2O)/( S·m⁻¹)： 9.30*10⁻⁴ S·m⁻¹

数据处理

1. KCl溶液的各组数据填入下表内：

以KCl溶液的Λm对√c作图，由图得该直线的斜率(1.47510⁻²-1.43110⁻²)/(1.58-2.24)=-6.667*10⁻⁴ 截距c=0.01537

因此

方程得出，KCl的Λ∞m=c=0.01537S·m²·mol⁻¹

2. HAc溶液的各组数据填入下表内：

HAc原始浓度：0.093 mol·dm⁻³

κ=κ′-κH2O

以CΛm对1/Λm作图得：

由图得出该直线的斜率k=(0.02847-0.01922) /(1.1610³-8.4410²)=2.93*10⁻⁵截距c=0.0148

因此由cΛm=（Λ∞m）²K⊙c⊙(1/Λm) - Λ∞mK⊙c⊙方程得出

K⊙=k/（Λ∞m）²c⊙=2.9310⁻⁵/[(3.90710⁻²)²1000]=1.9210⁻⁵

误差为(2.3010⁻⁵-1.9210⁻⁵)/2.30*10⁻⁵=0.1652

结果讨论

1. 误差产生原因可能是配制溶液时浓度不是很准确，有点误差，还有就是操作过程中的误差。主要误差原因包括溶液配制时的问题、浓度较小时信号不明显等。

2. 结果分析：

• 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，所以测电导时要恒温。而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。
• 电解质的摩尔电导率随浓度增加而降低，原因是：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。