電導法測定醋酸的電離平衡常數實驗的改進

陳玉煥　　張姝明　　王桂香　　張　穎

（河北工業大學化工學院，天津300130）

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電導法測定醋酸的電離平衡常數實驗的改進

陳玉煥*張姝明王桂香張穎

（河北工業大學化工學院，天津300130）

摘要：對電導法測定醋酸電離平衡常數實驗做出以下改進：使用恒溫水浴、改變溶液配制方法和電極使用方法。以上改進使實驗結果更加準確、可靠；避免了實驗中大量容量瓶的使用、清洗及潤洗過程，使實驗操作更加簡單快捷；減少了醋酸的用量，降低實驗成本；延長了電極的使用壽命；同時加深了學生對該實驗原理和方法的理解。

關鍵詞：醋酸；電離平衡常數；電導率；實驗改進

電導法測定電離平衡常數是物理化學實驗教學中的一個重要實驗。該實驗通過測定不同濃度的醋酸（HAc）溶液的電導率計算其電離度，并借助電離度與摩爾電導率的關系進一步得到醋酸的電離平衡常數K和無限稀釋摩爾電導。

該實驗方法中多數［1－5］需要使用容量瓶配制5－6個不同濃度的溶液，通過電導率儀的溫度補償功能分別測定其電導率，并進一步計算其電離度和電離平衡常數。

但該法存在以下不足之處：①溫度對電導率有較大的影響。本實驗中通過不同濃度的醋酸溶液電導率的變化來計算其電離度，并進一步確定其電離平衡常數，因此電導率必須非常準確。而在實驗過程中多數采用電導率儀的溫度補償方法，即按照一定的溫度系數換算出某一溫度下的電導率，這會使對準確度要求較高的本實驗產生較大誤差，從而影響電離度及平衡常數的確定。②實驗中大量容量瓶的使用使得實驗操作較為繁瑣、復雜。③每測定一個樣品時，都需要潤洗電導池，把電極沖洗

針對以上實驗方法中所存在的不足之處，本實驗從實驗裝置、溶液配制及測定中電極的使用等方面做出改進，以保證良好的實驗結果，同時還可以簡化實驗操作、縮短實驗時間、減少儀器設備和試劑的損耗。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

DDSJ-308A型電導率儀1臺（上海雷磁儀器設備有限公司）；DJS-1型鉑電極1支（上海雷磁儀器設備有限公司）；SYP-Ⅲ恒溫水浴1套（南京桑力電子設備廠）；干燥單管電導池1個；25 mL、50 mL移液管各1個；0.1000 mol·L－1HAc標準溶液；電導水。

1.2實驗步驟

首先配制0.1000 mol·L－1HAc標準溶液留做備用。打開恒溫水浴調節溫度至25°C，開通電導率儀，預熱20 min。用移液管準確量取50 mL上述HAc標準溶液于干燥單管電導池中，在水浴中恒溫10 min后測定其電導率。測定完畢后，用25 mL移液管移出25 mL樣品，并加入25 mL電導水，用電極輕輕攪拌，并手搖震蕩混合均勻，恒溫后，測其電導率。按上述方法，依次配制不同濃度的醋酸樣品并測其電導率。以上樣品恒溫后每2 min讀1次，平行讀3次，3次電導率比較接近（誤差為±0.005× 10－3S·m－1），取其平均值。

2　結果與討論

2.1實驗裝置的改進

本實驗通過測定不同濃度醋酸溶液的電導率來確定其電離平衡常數，因此電導率必須非常準確。而電導率儀的溫度補償功能多按照一定的溫度系數進行轉換，使對準確度要求較高的本實驗產生較大的誤差，影響平衡常數的確定。因此，本實驗改進中通過使用恒溫水浴避免了電導率儀溫度補償操作對電導率數值所產生的影響，從而保證平衡常數的準確性。

2.2溶液配制方法的改進

事先配制好濃度為0.1000 mol·L－1的HAc溶液作為標準溶液，實驗操作中不同濃度的待測樣品則通過以下方式配制：用移液管準確移出25 mL樣品，并加入25 mL電導水，每一個樣品濃度均為上一樣品濃度的1/2，震蕩混合均勻后形成一系列不同濃度的醋酸溶液，在水浴中恒溫后測定其電導率。此改進避免了大量容量瓶的使用、清洗和后期電導測定過程中的潤洗步驟，使實驗操作更加簡單，從而顯著地縮短了實驗時間。同時在實驗過程中還可以根據數據采集密度的需要靈活設置、調節溶液的濃度。

2.3實驗測定過程的改進

因以上溶液配制方法的改進，在測定樣品電導率時，每一個樣品測定完畢后，電極無需清洗，可直接于電導池中測定下一個混合均勻且已恒溫的樣品。此改進顯著地縮短了實驗操作時間，且不會因電極沖洗是否干凈、電導水是否擦拭干凈而影響溶液濃度，同時避免了因濾紙擦拭對電極造成的損耗，從而延長其使用壽命。

2.4實驗數據處理

按照以上改進方法，本實驗測得25°C醋酸溶液濃度和電導率的結果如表1所示。根據電導率與摩爾電導率之間的關系：

表1　25°C時不同濃度醋酸溶液的實驗測定結果

分別計算出不同濃度醋酸溶液的摩爾電導率。依據弱電解質的電離度與摩爾電導率的關系：

可得：

由式（3）計算得到不同濃度醋酸的電離度α，如表1所示。其中，25°C醋酸無限稀釋時的摩爾電導率［6］=0.03907 S·m2·mol－1。

1-1型HAc弱電解質的電離平衡為：

其中HAc濃度為c（1－α），H+、Ac－濃度均為cα，則

也可寫為：

由式（5）利用cΛm對1/Λm作圖可得一直線，其中斜率為、截距為，由此得到電離平衡常數K的平均值為1.75×10－5（表1、圖1），與文獻報道值［3－5］1.66×10－5－1.86×10－5基本一致。

因此，本報道中對電導法測定醋酸電離平衡常數的改進，使得該實驗操作更加簡單、快速，結果更準確，同時延緩了電極的使用壽命。

圖1　25°C時醋酸溶液的cΛm與1/Λm的關系

3結論

通過本實驗方法的改進，顯著地縮短了實驗教學工作時間，降低了儀器設備和試劑的損耗，同時使學生能夠從本實驗操作的改進中更加系統、透徹地理解本實驗內容，并引導學生在遇到問題時能用變通的思維方式去尋找更加簡單有效的解決方法。

參考文獻

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［6］傅獻彩，沈文霞，姚天揚，侯文華.物理化學.第5版.北京:高等教育出版社，2006:22.

中圖分類號：O646.1；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201506014

*通訊作者，Email:yhchen@hebut.edu.cn

基金資助：河北工業大學2015年教育教學改革研究項目（201501003）；河北省高等教育學會“十二五”規劃2015年度課題（GJXH2015－274）干凈，并用濾紙條吸干電極上的水，否則會對樣品溶液的濃度產生影響。此步驟操作必然會損傷鉑電極，從而影響電極的使用壽命；同時使該實驗更加耗時且浪費大量的醋酸溶液。

Experimental Improvements on Determination of Dissociation Constant of Acetic Acid by Conductometry

CHEN Yu-Huan*ZHANG Shu-MingWANG Gui-XiangZHANG Ying
（School of Chemical Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，P.R.China）

Abstract:Experimental improvements on determination of dissociation constant of acetic acid have been made by using thermostat，improving solution preparation，and changing the way of using electrode.These improvements greatly expand the lifetime of electrodes and reduce the amount of reagents，reducing the experimental cost.The experimental procedure is much simpler and results are more accurate.These improvements enhance the students′understanding about the principle and the method.

Key Words:Acetic acid；Dissociation constant；Conductivity；Experimental improvement