一、实验目的

I．了解弱电解质电离常数和电离度的测定方法。

2．复习巩固弱电解质电离平衡概念。

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、实验内容提要

弱电解质电离常数K的测定有多种方法，本实验中介绍三种。

1．pH值法

弱电解质HAc在水溶液中存在下列电离平衡

(1)

设HAc的起始浓度为c(mol·dm^-3)，平衡时溶液中c_H⁺=c_Ac^-=x (忽略水电离所提供的H⁺)，代入(1)式得

(2)

如温度一定时，HAc的电离度为α，则c_H⁺=cα，代入(1)式得

(3)

在一定温度下，用酸度计测一系列已知浓度的HAc溶液的pH值，根据pH = -lgc_H⁺，可求得各浓度HAc溶液对应的c_H⁺，将c_H⁺代入(2)式中，可求得一系列对应的K值。由c_H⁺及c值，利用c_H⁺=cα，求得各对应的电离度α值，进一步由(3)式求得K_a值。取α及K的平均值，即得该温度下醋酸的电离常数K_α(HAc)及α_HAc值。

2．半中和法

将上述(1)式两边取对数则得

当c_Ac^_=c_HAc时，则

(4)

用NaOH溶液去中和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。用酸度计测此缓冲溶液的pH值，由(4)式也就得知醋酸的电离常数。

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

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。

式中称为电阻率，它的倒数称电导率，以κ表示，κ=ρ^-1，单位为S·m^-1。将及κ=ρ^-1代入中,得

(5)

电导率κ表示在相距lm，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lmol，此时测得溶液的电导称摩尔电导，用λ表示。1摩尔电解质溶液的体积(m³)用V表示，溶液的物质的量浓度(mol·dm^-3)用c表示，则与κ的关系为

(6)

λ的单位为S·m²·mol^-1。

对弱电解质溶液来说，其浓度c越小，其电离度α越大，因而当无限稀释时，可看作完全电离，此时溶液的摩尔电导称极限摩尔电导(λ₀)。同一弱电解质，在一定温度时，其极限摩尔电导λ₀是一定值。表2-1列出在无限稀释时，不同温度下醋酸溶液的极限摩尔电导λ₀值。

表2-1

温度一定时，弱电解质某浓度时的电离度等于该浓度时的摩尔电导与极限摩尔电导之比，即

(7)

将(7)式代人(3)式得

(8)

由实验测得浓度c时，醋酸溶液的电导率x，代入(6)式，求得又λ值，再由(8)式可求得K_α(HAc)值。

三、仪器和药品

1．仪器

酸度计、电导率仪、两用滴定管(10m³1支)、移液管(1支5cm³)、烧杯2个(10cm³)、锥形瓶2个(25cm³)、比色管3支(10cm³)、温度计。

2．药品

醋酸(0.1mol·dm^-3)、标准NaOH溶液(0.1mol·dm^-3)、酚酞(1％W/V)、标准pH值溶液(pH=4.003)、NaAc(0.1mol·dm^-3)。

四、实验内容

1、醋酸溶液浓度的标定

用移液管吸取2份5.00cm³ 0.1mol·dm^-3的HAc溶—液，分别贮于锥形瓶中，各加1滴酚酞溶液，用0.1mol·dm^-3标准的氢氧化钠溶液滴定至终点，从消耗的NaOH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

用吸液管分别取1.00cm³、2.50cm³、5.00cm³上述已标定过的HAc溶液于3个干净的10cm³比色管中，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pH值的测定

用酸度计由稀至浓测定1～4号HAc溶液的pH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溶液仍由稀至浓排列，用电导率仪测定其电导率，同时记录读数。

5．等浓度(mol·dm^-3)的醋酸和醋酸钠缓冲溶液的配制及其pH值的测定

用10cm³吸液管分别量取5cm³已标定过的0.1mol·dm^-3 HAc溶液和0.1mol·dm^-3的NaAc溶液于小烧杯中混合均匀。用酸度计测其pH值，记录数据，计算HAc的电离常数。

五、实验结果

1．醋酸溶液浓度的标定

表2-2

2．pH值法测醋酸溶液的电离常数与电离度

表2-3

3．电导法测HAc的电离常数与电离度

表2-4