醋酸解离常数和解离度的测定

一、实验目的

（1）了解弱电解质解离常数和解离度的测定方法。

（2）复习巩固弱电解质溶液解离的平衡概念。

（3）学习酸度计、电导率仪的使用方法；进一步训练滴定管、移液管等使用的基本操作。

二、实验内容

弱电解质解离常数K的测定有多种方法，本实验中介绍3种。

1．p H值法

弱电解质HAc在水溶液中存在下列解离平衡：

设HAc的起始浓度为c（mol／dm3），平衡时溶液中c（H3O＋）＝c（H＋）＝c（Ac－）＝x （忽略水解离所提供的H＋），且cѲ＝1．0mol／dm3代入式 （3－1）得：

如温度一定时，HAc的解离度为α，则c（H＋）＝cα，代入式 （3－2）得：

在一定温度下，用酸度计测一系列已知浓度的HAc溶液的p H值，根据p H＝－lg｛c（H＋）｝，可求得各浓度HAc溶液对应的c（H＋），将c（H＋）和c值代入式 （3－2）中，可求得一系列对应HAc溶液的KѲa值。由c（H＋）及c值，利用c（H＋）＝cα，求得各对应的解离度α值，也可由式 （3－3）求得KѲa值。取α及KѲa的平均值，即得该温度下醋酸的解离常数KѲa（HAc）及α（HAc）值。

2．半中和法

将式 （3－1）两边取对数则得：

当c（Ac－）＝c（HAc）时，则：

用Na OH溶液中和HAc，当原有HAc的一半量被中和，则剩余的HAc浓度恰好与Ac－的浓度相等，此时剩余醋酸与中和反应产生的醋酸盐组成缓冲溶液。用酸度计测此混合溶液 （为缓冲溶液）的p H值，由式 （3－4）可得知醋酸的解离常数。实验中用等浓度等体积的HAc和Na Ac溶液混合来代替。

3．电导率法

物质导电能力的大小，通常以电阻 （R）或电导 （G）表示，电导是电阻的倒数，即G＝R－1。电导的单位为西门子 （S）。

电解质溶液和金属导体一样，其电阻也符合欧姆定律。温度一定时，两极间溶液的电阻与两极间的距离l成正比，而与电极面积A成反比。

R＝ρ·l·A－1或κ＝G·l·A－1

式中，ρ为电阻率，其倒数为电导率，以κ表示，κ＝ρ－1，单位为S／m。将R＝ρ·l·A－1及κ＝ρ－1代入G＝R－1中，得：

G＝κ·A·l－1＝κ·c－1·10－3 　（3－5）

电导率κ表示在相距1m、面积为1m2的两个电极之间所包含溶液的电导。它与温度及溶液的浓度有关。当温度一定时，如相距1m的两平行电极间所容纳的电解质为1mol，此时测得溶液的电导称摩尔电导率，用λ表示。1mol电解质溶液的体积 （m3）用V表示，溶液物质的量浓度 （mol／dm3）用c表示，则λ与κ的关系为：

λ＝κ·V＝κ·c－1·10－3 　（3－6）

λ的单位为S·m2／mol。

对弱电解质溶液来说，浓度c越小，其解离度α越大。因而当弱电解质溶液无限稀释时，可看作完全解离，此时溶液的摩尔电导率称极限摩尔电导率 （λ0）。同一弱电解质，在一定温度时，其极限摩尔电导率λ0是一定值。表3－1列出在无限稀释时，不同温度下醋酸溶液的极限摩尔电导率λ0值。

表3－1 温度与醋酸溶液的极限摩尔电导率λ0值对应表

温度一定时，弱电解质某浓度时的解离度等于该浓度时的摩尔电导率与极限摩尔电导率之比，即：

a＝λ／λ0 　（3－7）

将式 （3－7）代入式 （3－3）得：

由实验测得浓度c时醋酸溶液的电导率κ，代入式 （3－6）求得λ值，再由式 （3－8）可求得KѲa（HAc）值。

三、仪器和试剂

1．仪器

酸度计、电导率仪、25m3两用滴定管 （1支）、5cm3移液管 （2支）、10cm3烧杯 （5个）、250cm3锥形瓶 （2个）、10cm3刻度试管 （3支）、温度计。

2．试剂

醋酸 （0．1mol／dm3）、标准Na OH溶液 （0．1mol／dm3）、酚酞 （1％W／V）、标准p H值溶液 （p H＝4．00）、Na Ac（0．1mol／dm3）。

四、实验内容

1．醋酸溶液浓度的标定

用移液管分别吸取2份20．00cm30．1mol／dm3的HAc溶液，分别储于250cm3锥形瓶中，各加2滴酚酞溶液，用实验室提供的Na OH标准溶液 （浓度约为0．1mol／dm3）滴定至终点，从消耗Na OH溶液的体积，求得HAc溶液的精确浓度。

2．系列醋酸溶液的配制

用移液管分别移取1．00cm3、2．50cm3、5．00cm3上述已标定过的HAc溶液于3个干净的10cm3刻度管中，用去离子水稀释至刻度，混合均匀，再取1小杯未稀释的HAc，将4杯醋酸溶液由稀至浓顺序排列并编号。

3．系列醋酸溶液p H值的测定

用酸度计按照从稀至浓的顺序测定1～4号HAc溶液的p H值，同时记下所得读数。

4．系列醋酸溶液电导率的测定

上述1～4号HAc溶液仍按照从稀至浓排列，用电导率仪测定其电导率，同时记录读数。

5．等浓度 （mol／dm3）的醋酸和醋酸钠缓冲溶液的配制及其p H值的测定

分别用移液管移取5cm3已标定过的HAc溶液和0．1mol／dm3的Na Ac溶液于小烧杯中混合均匀。用酸度计测其p H值，记录数据，计算HAc的解离常数KѲa（HAc）。

五、实验结果

1．醋酸溶液浓度的标定

2．p H值法测醋酸溶液的解离常数与电离度

续上表

3．电导率法测醋酸溶液的解离常数与电离度

4．等浓度醋酸和醋酸钠缓冲溶液p H值测定

室 温：　缓冲液p H值：

缓冲液c（H＋）： 　KѲa（HAc）：

六、思考题

（1）本实验采用哪3种方法测HAc的KѲa（HAc）与α值？试简述各方法的原理。

（2）为了提高实验的精度，本实验操作过程中应注意什么？

（3）什么叫电导、电导率和摩尔电导率？为什么摩尔电导率与极限摩尔电导率之比即为弱电解质的解离度？

（4）改变HAc溶液的浓度和温度，对解离常数、解离度和电导率有何影响？

（5）下列情况对滴定结果有何影响？

①滴定完后，尖嘴外留有液滴。

②滴定完后，滴定管内壁挂有液滴。

③滴定完后，尖嘴内有气泡。

④滴定过程中，向锥形瓶中加入少量蒸馏水。