醋酸电离度和电离平衡常数的测定

实训目的

（1）了解用pH计测定醋酸电离平衡常数的原理和测定方法。

（2）进一步理解并掌握电离平衡的概念。

（3）熟悉pH计、滴定管、移液管、容量瓶的操作方法。

预习要求

（1）熟悉pHS-25型酸度计、容量瓶、移液管、滴定管的操作方法。

（2）思考醋酸电离度、电离平衡常数是否随其温度或浓度的改变而改变。

（3）思考做好本实训的关键操作是什么。

参考学时

4学时。

实训原理

醋酸又名乙酸（CH3COOH或HAc），是常见的一元弱酸之一，是弱电解质，在水溶液中存在下列离解平衡：

假设醋酸的原始浓度为c0，电离度为α，平衡时HAc、H＋、Ac-的浓度分别为［HAc］、［H＋］、［Ac-］，电离平衡常数为Ka，则

在纯的HAc溶液中，［H＋］＝［Ac-］＝c0α，［HAc］＝c0（1-α），则

当α＜5%时，1-α≈1，故

由此可见，在一定温度下，用pH计测定一系列已知浓度的醋酸溶液的pH值，根据pH＝-lg［H＋］，可换算出相应的［H＋］。将［H＋］的值代入上式，可求出一系列对应的Ka和α值，取其平均值，即为该温度下醋酸的电离平衡常数和电离度。

仪器及试剂

仪器：pHS-25型酸度计（其配套的指示电极是玻璃电极，参比电极是甘汞电极）、烧杯（150mL）、酸式滴定管（50mL）、容量瓶（50mL）、移液管（25mL）、小烧杯（50mL）。

试剂：0．1mol·L-1HAc。

实训内容

1．基本操作

（1）pHS-25型酸度计的使用方法：参见“任务13”。

（2）容量瓶的使用方法：参见“实训3”。

（3）移液管的使用：参见“实训3”。

（4）滴定管的使用。

滴定管是一种准确量取溶液的量器，常用滴定管的容量为25．00mL和50．00mL，每一大格为1mL，每一大格分10格，各为0．10mL。管中液面位置可读到小数点后面两位，如20．00mL。滴定管一般分为酸式和碱式两种，本实验采用酸式滴定管来量取一定体积的溶液。

酸式滴定管（见图2-31（a））下端有玻璃旋塞开关，用左手的大拇指、食指、中指操作旋塞的开启和关闭。可盛放酸性溶液和氧化性溶液，不宜盛放碱性溶液（避免腐蚀磨口和活塞，使活塞不能转动）。

碱式滴定管（见图2-31（b））下端用乳胶管连接一尖嘴玻璃管，乳胶管内有一个玻璃球，用左手的拇指和食指轻轻地往一边挤压玻璃圆珠，使管内形成一条狭缝，溶液便会从尖嘴滴出，并可控制流速。可盛放碱性溶液，不宜盛放与乳胶管起反应的溶液，如KMnO4、I2等氧化性溶液。

图2-31　滴定管

（a）酸式滴定管；（b）碱式滴定管；（c）玻璃管嘴

滴定管的操作有如下步骤。

①洗涤。用洗涤玻璃仪器的方法洗涤滴定管（避免使用去污粉作洗涤剂）。

②在玻璃旋塞处涂凡士林。滴定管洗净后，需在玻璃旋塞处涂上薄薄的一层凡士林（见图2-32），以保证玻璃旋塞处转动灵活、密封较好。方法是：将滴定管平放在台面上，抽出旋塞，用滤纸吸干旋塞和塞槽内的水，用手指蘸少量的凡士林在旋塞上均匀地涂一层，将旋塞插入塞槽内，沿同一方向旋转旋塞，直到旋塞处的油膜均匀透明。若发现旋塞转动不灵活或旋塞上有纹路，表示油量不够；若发现凡士林从旋塞缝挤出或旋塞孔被堵，则表示油量过多。一旦出现这类情况，应把旋塞和塞槽处擦干净后重新处理。为避免活塞松动脱落，涂有凡士林后的滴定管应在活塞末端套上小橡皮圈。

③检查滴定管的密合性。将管内充水至最高标线，垂直固定在滴定管架上，10～15 min后观察旋塞周围和管口是否漏水。如果漏水，请转动旋塞，再观察，直到不漏水为止。

图2-32　旋塞涂凡士林的方法

碱式滴定管应选择合适的尖嘴、玻璃球和乳胶管，组装后按上述方法检查滴定管是否漏水，液滴是否能灵活控制。否则，需重新选材、装配。

④装液。在装入某溶液（滴定液）之前，需要将洗净的滴定管用5～10mL的该溶液荡洗2至3次，以免加入的滴定液被管壁的水膜稀释而降低浓度。方法是：先关好旋塞，倒入溶液，两手平端滴定管，即右手拿住滴定管上端无刻度部位，左手拿住旋塞无刻度部位，边转边向管口倾斜，使溶液流遍全管，然后打开旋塞，使涮洗液由下端流出。然后，将滴定溶液直接加入洗好的滴定管中（滴定管应在垂直状态），至0．00mL刻度稍上，轻轻开启旋塞，缓缓放出溶液，使管内液面的位置逐步调整在0．00mL刻度处。如果滴定管尖嘴内有气泡，需按图2-33的方法排出空气后再调整液面。

图2-33　滴定管排气法

⑤滴定。将装满溶液的滴定管垂直地固定在滴定管架上，滴定时，通常是左手握塞，大拇指在前，食指和中指在后，手指略微弯曲，手心空握，右手持瓶（见图2-34），边滴边向同一方向摇动，使瓶内溶液不断旋转。临近滴定终点时，应一滴或半滴地加入，直到滴定终点。滴定完毕，静置约1min后再读数。

使用碱式滴定管时，左手大拇指在前，食指在后，夹在乳胶管中的玻璃球偏上方处，轻轻地往一边挤压玻璃球，使管内形成一条狭缝，溶液即可流出。

⑥读数。读数时，由于在附着力和内聚力的影响下，滴定管内的液面呈弯月形，因此视线应对准管内液体弯月面下缘实线的最低处与刻度线相切的位置，且保持水平（见图2-35），偏高或偏低均会带来误差。

⑦实训结束后，将管内剩余溶液倒掉（不能倒回原试剂瓶中），用水洗净，然后装满纯水垂直夹在滴定架上。

图2-34　酸式滴定管的滴定方法

图2-35　滴定管读数

2．配制不同浓度的HAc溶液

用滴定管依次向四个容量瓶中加入25．00mL、20．00mL、10．00mL和5．00mL已知浓度的HAc溶液，再用移液管依次加入蒸馏水至刻度，摇匀，计算出这四个容量瓶中HAc溶液的浓度。

3．测定不同浓度的HAc溶液的pH值

计算HAc溶液的电离度和电离平衡常数。将以上稀释的HAc溶液分别加入四只洁净干燥的小烧杯中（50mL），按由稀到浓的顺序用pH计分别测定它们的pH值，并记录数据和室温。计算电离度和电离平衡常数。

4．数据记录与结果处理

将实训数据记录在表2-8中。

表2-8　数据记录与处理

由实训可知：在一定的温度下，HAc的电离平衡常数为一个固定值，与溶液的浓度无关。

注意事项

（1）旋塞涂凡士林时，滴定管始终要平拿、平放，不要直立，以免擦干的塞槽又被沾湿。

（2）在使用滴定管时，必须注意，滴定管旋塞下端不应有气泡，否则会造成读数的误差。排出气泡的方法是：在滴定管中装入一定量溶液后，对于酸式滴定管，将滴定管适当倾斜，迅速开启旋塞，气泡就可被冲出的溶液带走（见图2-33）；对于碱式滴定管，将乳胶管向上弯曲，出口向上倾斜，挤压玻璃球的右上方（不能挤压下方，否则还会进空气），使溶液从尖嘴处快速冲出带走气泡。

（3）滴定管要垂直固定在滴定架上，调零和读数时，可在液面后衬一纸板，纸板的颜色与滴定液的要有明显的差别。

（4）读数时，如果滴定液是有色溶液，如KMnO4溶液等，视线应与液面两侧的最高点相切。

（5）滴定通常在锥形瓶中进行，必要时也可在烧杯、容量瓶中进行。对溴酸钾法、碘量法等，则在碘量瓶中进行反应和滴定。

实训思考

（1）怎样测定HAc溶液的浓度？

（2）怎样从测得的HAc溶液的pH值计算出Ka？

（3）用蒸馏水清洗滴定管后就直接取HAc溶液开始滴定操作，对HAc溶液的浓度和实验结果有何影响？

（4）本实训中容量瓶是否一定要烘干后才能使用，为什么？

（5）在25℃时，醋酸的电离平衡常数为1．76×10-5，将实训温度下的电离平衡常数和其比较，看有无误差，并分析误差原因。