电解质溶液电导的测定

时间：2022-02-18 百科知识版权反馈

【摘要】：实验原理电解质溶液电导的测量是获取物性数据的重要实验手段之一。在金属中电流是靠电子输送的，而在电解质溶液中电流是靠溶于溶剂中的正、负离子来输送的。有关研究溶液电导性质的实验，其基本的测量方法是在不同条件下测量的溶液电阻。每测一种电解质溶液换一个电导瓶。强电解质溶液是全部电离的，为什么所测得的Λm随浓度下降而上升？

实验103　电解质溶液电导的测定

实验目的

掌握利用电桥测定电解质溶液电导的方法；通过几种不同浓度强电解质溶液的摩尔电导率测定，用外推法求算每种强电解质在无限稀释时的摩尔电导率；掌握用电导法测定弱电解质电离平衡常数和难溶盐溶解度的基本原理和方法。

实验原理

电解质溶液电导的测量是获取物性数据的重要实验手段之一。它一般是通过测量电解质溶液的电阻来实现的。在金属中电流是靠电子输送的，而在电解质溶液中电流是靠溶于溶剂中的正、负离子来输送的。溶液的导电能力仍近似地用欧姆定律来描述：

式中：I为通过溶液的电流，A；R为溶液的电阻，Ω；E是两极间溶液两端的电位差，V。由于测量溶液电阻时通常必须在溶液中插入两电极，两电极上必然产生电解与极化现象。在阳极上进行氧化反应，阴极上进行还原反应，这时两极间的电压类似于一个电解槽的电压，即

式中：φ_A、φ_B分别为阳极、阴极的电极电位，V。当两电极上极化现象愈严重或通过电流愈大时，则φ_A－φ_B差值愈大。为了避免这一误差，通常采用频率较高的（如1000Hz）交流电源使正、负极快速交替变化，并在电极上镀铂黑以增加电极表面积，防止两极上产生极化现象。这时电极上没有净的电化学反应，两极几乎都处于该溶液中氢电极平衡电位或可逆性更好的某一反应的平衡电位，这时φ_A－φ_B＝0，因此两极间电压为

在此情况下测定溶液的电阻就与通常测量电子导体的电阻相类似，即式中：ρ为电阻率，即两电极相距（l）1m，电极面积（A）各为1m²时溶液的电阻。对于电解质溶液来说，通常使用的不是电阻和电阻率，而是它们的倒数电导G（S）和电导率κ（S·m^－1）。它们之间的关系是

由于同一电导池l/A的比值是固定的，故称它为电导池常数。在测定前为了求得电导池常数，通常先用已知κ的电解质溶液（如0.0200mol·L^－1的KCl溶液），通过测定电阻值来求得。这样其他未知κ的溶液，可以通过测定电阻值，根据式（1）计算出溶液电导率κ。然后根据Λ_m＝κ/c即可计算出所测溶液的摩尔电导率Λ_m（S· m²·mol^－1）。其中，c（mol·m^－3）为每立方米溶液中含电解质的物质的量。强电解质稀溶液的摩尔电导率与物质的量浓度遵从经验关系式：

在弱电解质HAc的水溶液中，其电离平衡常数K与浓度c和电离度α有如下关系式：

通过测定溶液的摩尔电导率就可以求算弱电解质的电离平衡常数，因此学习电导的测定方法十分重要。

有关研究溶液电导性质的实验，其基本的测量方法是在不同条件下测量的溶液电阻。本实验采用电桥法测定电解质溶液的电阻，线路如图6－20所示。当调节至电桥平衡时，电导池内溶液的电阻为

图6－20　测定电解质溶液电导的装置示意

操作中，比值R₂/R₁可以0.1、1.0、10.0、100.0等10的幂而改变，而R₃则可连续地改变。以示波器作为检查电桥是否平衡的检测器。测量时根据测量电阻的大小，选择合适的R₂/R₁比值，调节R₃，使示波器所显示的信号的垂直振幅最小，表示电桥已达到平衡。可变电阻R₃应经校准，可变范围为0.1～100000Ω。

实验用品

仪器　音频信号发生器（XD－2型）；示波器；精密电阻箱；普通恒温槽；电导池（电导电极）；电导管（50mL）；电导瓶（150mL）等。

试剂　KCl（0.0200mol·L^－1）；HCl、NaAc、NaCl和HAc（均为0.05000mol· L^－1）等。

实验步骤

（1）按图6－20连接好测量线路，并控制恒温槽温度在（25.0±0.1）℃。

（2）将0.0200mol·L^－1 KCl溶液置于50mL电导管中，用以测定电导池常数。

（3）在（25.0±0.1）℃时，测定4种电解质溶液（HCl、NaAc、NaCl和HAc）在5个浓度下（5.000×10^－2 mol·L^－1、2.000×10^－2 mol·L^－1、1.000×10^－2 mol·L^－1、5.000×10^－3 mol·L^－1、2.000×10^－3 mol·L^－1）的溶液电导。测定方法如下。

在已洗净并烘干的150mL电导瓶中加入5.000×10^－2 mol·L^－1的电解质溶液，放在恒温槽的架子上恒温，将电导电极用蒸馏水冲洗干净，用吹风机吹干或用滤纸将外部的水珠吸干（不要擦电极铂片）后，放在电导管内，恒温5min后测量溶液电阻；不取出电导电极和电导瓶，用滴定管加入蒸馏水7.50mL，使瓶内溶液稀释至2.000×10^－2 mol·L^－1，摇匀并恒温5min后测量溶液电阻；然后依次加入蒸馏水12.50mL、25.00mL、75.00mL，使瓶内溶液依次稀释至1.000×10^－2 mol·L^－1、5.000×10^－3 mol·L^－1、2.000×10^－3 mol·L^－1，并按以上方法进行测量。每测一种电解质溶液换一个电导瓶。测量完毕后，将电导电极用蒸馏水冲洗干净，浸在蒸馏水中保存；将用过的电导瓶用蒸馏水冲洗干净，放入烘箱中烘干备用。