实验二 电导法测定弱电解质的电离常数
一、实验目的
1. 掌握电导测量的原理和方法。
2. 学会使用 DDS-11A 型电导率仪，测定弱电解质电离平衡常数的方法。
二、实验原理
AB 型（如HAc ）弱电解质在溶液中的电离达到平衡时，
HAc
= H + + Ac - c(1-αc )
cαc
cαc
其电离平衡常数（K c ）与浓度（c ）、电离度（αc ）之间有如下的关系：
c
c c
c K αα-=12
(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αc ，代入上式就可以求出K c 。
醋酸溶液的电离度可用电导法测定，溶液的电导用电导率仪测定。
测定溶液的电导，要将被测溶液注入电导池中，如图1所示。
图1 浸入式电导池
若两电极间距离为l ，电极的面积为A ，则溶液电导G 为：
G=К
A/1
式中：К为电导率。
电解质溶液的电导率不仅与温度有关，还与溶液的浓度有关。
因此常用摩尔电导m λ来衡量电解质溶液的导电能力。
m λ与К之间的关系为：
m λ=10-3К/c
式中m λ的单位是S·m 2·mol -1，К的单位为S·m -1，c 的单位为mol·dm -3。
对于弱电解质，电离度αc 等于浓度为c 时的摩尔电导(m λ)和溶液在无限稀释时的摩尔电导(∞
m λ )之比，即：
∞
=m
m
c λλα (2)
将式(2)代入式(1)：
)
(2
m m m m c
c c K λλλλ-=∞∞ c
m κλ=
∞∞-⋅=m c m c K c
K λκ
λκ2
)(
以κ对
κ
c 作图应为一直线，其斜率为2
)(∞m c K λ ，截距为)(∞
m c K λ ，根
据斜率和截距可算出 K c 和
∞m λ 。
三、仪器及试剂
仪器：恒温装置 1套，DDS-11A 型电导率仪，电导电极，移液管（25 ml 、5 ml 和 1 ml 各 1支），容量瓶（50 ml 5只），250 ml 烧杯1只，洗耳球1只。
药品：0.0100 mol•dm -3 KCl 溶液（KCl 于110℃烘4h ），0.1000 mol•dm -3 HAc 溶液，电导水。
四、实验步骤
1．调节恒温槽温度为25±0.1 ℃。
2．配制溶液：准确配制浓度为0.050、0.010、0.0050、0.0010 和0.0005 mol•dm-3的HAc溶液。
3．测定电导池常数(K cell)（即电极常数）：倾去电导池中的纯水（为防止电导电极干燥后吸附杂质，及干燥后的电极浸入溶液时表面不易完全浸润引起气泡，造成表面积发生变化等而影响测量结果，常将电导电极浸在电导池内的纯水中）。
然后用少量的0.0100 mol•dm-3KCl 溶液洗涤电导电极三次，加入0.0100 mol•dm-3 KCl 溶液，使液面超过电极铂片1～2 cm，再移入25±0.1 ℃恒温槽中恒温10 分钟后用电导仪测量（DDS-11A 型电导率仪的使用方法详见附录）。
测量时，将DDS-11A 型电导率仪“量程”档开关置于“200”档，将“测量/校准”开关扳至“校正”位置，调节“常数”旋钮使屏幕显示为“1.00”。
将“测量/校准”开关扳至“测量”位置，读出屏幕显示的KCl标准溶液的电导（S2），电导池常数K cell=S1/S2，S1为KCl标准溶液的电导率（0.01mol/L KCl标准溶液，25℃时S1=1413μS/cm，30℃时S1=1552μS/cm），S2为测量得到的KCl标准溶液的电导。
4. 测定乙酸溶液的电导率：倒去KCl 溶液，用电导水充分洗净电导池及电导电极，再用少量0.0005 mol•dm-3 HAc 溶液洗涤电导池和电导电极三次，将电极浸入0.0005 mol•dm-3 HAc 溶液中，将“校准/测量”开关置于“测量”，将量程开关由大到小逐渐调节，直至所需测量范围，屏幕显示读数乘以量程开关倍率（C=1）即为被测溶液的实际电导率。
数据记入表1中，重复测量两次一并记入表1中，取三次测量值的平均值作为该浓度HAc的电导率。
同样方法，由稀到浓分别测定0.0010、0.0050、0.0100、0.0500 和0.1000 mol•dm-3的HAc溶液的电导率，一并记入表1。
5. 同法测定电导水的电导率，重复测定三次。
以校正电导水对溶液电导率的影响。
6．将恒温槽温度调至35±0.1℃，同法测量不同浓度HAc的电导率，列于表2。
7．实验结束后，先关闭各仪器的电源，用蒸馏水充分冲洗电导池和电极，
并将电极浸入蒸馏水中备用。
表1 25℃不同HAc浓度时的电导率
表2 35℃不同HAc浓度时的电导率
五、结果与讨论
1. 计算κ
c
并列于表1和表2中。
2. 以κ对
κ
c
作图，根据斜率和截距计算不同温度下的 K c 和 ∞m
λ 。
六、注意事项
1. 为了提高实验精度，实验中的一切操作都必须采用电导水。
常用的电导水是用离子交换树脂来制备的。
为了除去其中的CO 2，要通入氮气几分钟。
本实验中电导水以蒸馏水代替，通氮过程忽略。
2．实验过程中严禁用手触及电导池内壁和电极。
3．溶液的电导率对溶液的浓度很敏感，在测定前，一定要用被测溶液多次荡洗电导池和电极，以保证被测溶液的浓度与容量瓶中溶液的浓度一致。
4. 离子的极限摩尔电导率∞
m λ与温度有关，通常温度每升高1度，电导率增
加 2～2.5%， 因此测量前溶液要充分恒温。
∞
m λ可由下式计算：
∞m λ（HAc ）=
H +、Ac -的极限摩尔电导率与温度的关系为：
)]25(01385.01[1082.349/4
12,-+⨯=⋅⋅--∞+
t mol m S H
m λ )]25(0238.01[109.40/412,-+⨯=⋅⋅--∞-
t mol m S Ac
m λ
式中t 为体系的摄氏温度。
由上式可计算任何温度下HAc 的∞
m λ值。
七、思考题
1．测定电解质溶液的电导，为什么一般用交流电而不用直流电？
2．若实验过程中，电导池常数发生改变，它对 HAc 的电离常数有何影响？ 3．结合本实验结果，分析当HAc 浓度变稀时，К、m λ、αc 、K c 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．将实验测定的K c 值与文献值比较，试述误差的主要来源。
)Ac ()H
(m
m -∞+
∞λ+λ
附录：DDS-11A电导率仪的使用说明
1、开机
a）电源线插入仪器电源插座，电导电极插入仪器后面板的电极插座中；
b）按电源开关接通电源，预热10min后，进行校准。
2、校准
按下“校准/测量”按钮，使其处于“校准”状态，调节“常数”调节旋钮，使仪器显示所使用电极的常数标称值。
电导电极的常数，通常有10、1.0、0.1、0.01四种类型，每种类型电导电极准确的常数值，制造厂均标明在每支电极上作为参考。
常数调节方法如下：电极常数为1的类型：如电极常数的标称值为1.048，调节“常数”调节旋钮，使仪器显示值为104.8，（测量值=显示值×1）。
电极常数（即电导池常数）也可由测定KCl标准溶液的电导计算而得，电极未使用前，标于电极上的电导池常数与测定KCl标准溶液得到的值相差不大，电极长期使用后，其电极常数值变化较大，此时需由测定KCl标准溶液的方法计算得到，而不再使用标于电极上的电导池常数值。
3、测量
a）电导常数及量程的选择
在电导率测量的过程中，正确选择电导电极的类型和量程，对获得较高的测量精度是非常重要的。
表1 电导率测量范围与对应使用的电导电极常数推荐表
“量程”选择开关，可选择（2、20、200、2000及2×104）μS/cm五个测量量程档。
根据本实验所选用的铂黑电极（电极常数为1.0），实验时仪器量程可根据被测溶液电导率大小，选择20、200或2000量程档。
b）温度补偿
用温度计测量被测溶液的温度后，将“温度”调节旋钮指向被测溶液的实际温度值的刻度线位置。
此时，显示的值是经温度补偿后换算到25℃时的电导率值。
c）测量
按下“校准/测量”按钮，使其处于“测量”状态，（此时，按钮为向上弹起的位置），将“量程”开关置于合适的量程档，待仪器显示稳定后，该显示值即为被测量溶液换算到25℃时的电导率值，实际测量结果与使用各种不同电导电极常数有关。
本实验使用的电导电极常数C为1，测量结果（单位μS/cm）为显示读数×C，即显示读数×1。
仪器在测量状态下，将清洗过的电极浸入溶液中，此时显示数值即为被测溶液的电导率值。
测量过程中，若显示屏首位为1，后三位数字熄灭，表示测量值超出测量量程范围，此时，应将“量程”开关置于高一档量程来测量。
若显示值很小，则应该将“量程”开关置于低一档量程，以提高测量精度。