实验6 弱酸解离常数的测定
一．实验目的
1. 了解弱酸解离常数的测定方法
2. 加深对电离平衡基本理论的理解
二．背景知识及实验原理
1. 背景知识
在农业生产和科学实验中，人类与溶液有着广泛的接触，许多反应是在溶液中进行的，许多物质的性质也是在溶液中体现的。我们还会遇到许多存在于水溶液中的化学平衡，如电解质在溶液中的解离。强电解质在水溶液中是完全解离的；而弱电解质在水溶液中存在着分子与其解离离子之间的平衡，其平衡常数称为解离平衡常数。弱酸性电解质的解离平衡常数用K a Θ表示，弱碱性电解质解离平衡常数用K b Θ表示。与其它平衡常数一样，解离平衡常数是化学平衡理论中重要的概念之一。其值越大，表明平衡时离子的浓度越大，电解质解离程度越大，即弱电解质解离得越多，因此可根据解离常数值得大小比较相同类型的弱电解质解离度的大小，即弱电解质的相对强弱。
弱电解质的解离平衡常数应用较广。比如缓冲溶液的选择和配制，解离平衡常数值是选择和配制缓冲溶液的K a Θ或K b Θ值以及缓冲对的两种物质浓度比。因此在选择具有一定pH 值的缓冲溶液时，应选用弱酸（或弱碱）的K a Θ（或K b Θ）值等于或接近于所需[H+]（或[OH-]）的共轭酸碱对组成的混合溶液，即pH ≈p K a Θ或pOH ≈p K b Θ。
弱电解质解离常数的数值可以通过热力学数据计算求得，也可以通过一些物理化学实验方法测定。这些物理化学方法是借助物理和几何方法来研究化学平衡体系性质变化和组成关系的，通过组成性质的研究可以了解平衡体系所发生的化学变化。在研究电解质溶液的各种化学性质时，也可以采取这些方法。因为随着溶液组分发生变化，体系的某些性质也相应地发生变化。比如溶液的导电行为导电性质是一个能直接反映出电解质本性的重要理化性质，它随着溶液组成的变化发生相应变化。而通过直接测定溶液的电导值以确定溶液中被测离子的浓度的方法称为电导分析法。
2. 实验原理
一元弱酸弱碱的解离平衡常数K 与解离度α有一定的关系。例如醋酸（HAc ）Θ
溶液：
HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)
起始浓度/(mol/L) c 0 0
平衡浓度/(mol/L) c-c α c α c α
[c (H +) /c Θ][c (Ac -) /c Θ](c /c Θ) 2α2(c /c Θ) α2c α2
（1） K ====ΘΘ1-α1-α[c (HAc ) /c ](c /c )(1-α) Θ
解离度可通过测定溶液的电导来求得，从而求出解离常数。
电解质溶液导电能力的大小，通常用电导G 表示。电导等于电阻的倒数，G=1/R，其单位是Ω-1。和金属导体一样，电解质溶液的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 成比，与电极面积A 成反比。
R ∝L L 或R=ρ (2) A A
A (3) L 式中ρ—电阻率，其倒数称为电导率，用χ表示，所以 G=χ
电导率是指长1m 、截面积为1m 2的导体的电导。它不仅与温度有关，而且还与溶液的浓度有关，χ的单位为Ω-1·m -1。
测定溶液电导使用电导率仪及电导电极。电导电极由两块面积约1cm 2、间距约1cm 的铝片平行镶嵌在玻璃架上构成。每个电导电极的A 为一常数，称为电极常数。它可直接测L
量定出，亦可通过测量已知电导率的KCl 溶液的电导，按式(3)求出。
在一定温度下，同一类电解质不同浓度的溶液电导与两个因素有关：①溶液中溶解的电解质的量；②电解质的解离度。若使前一因素固定，则溶液的电导就只与电解质的解离度有关，为此，人们引进了摩尔电导率的概念。
将含有1mol 电解质的溶液全部置于相距1m 的两个平行电极之间所表现出来的电导，称为摩尔电导率。设溶液中某物质的量浓度为c ，单位为mol·L -1，则含1mol 电解质溶液的1⨯103，固溶液的摩尔电导率λm 为 c
1-3 λm =χ⨯10 (4) c 体积V m =
λm 的单位是Ω-1·m 2·mol -1。
对于弱电解质来说，在无限稀释时，可看做完全解离，这时溶液的摩尔电导率称为极限摩尔电导率。以λ∞
m 表示。在一定温度下，弱电解质的极限摩尔电导率是一定的，表1列出
无限稀释时醋酸的极限摩尔电导率。
表1 不同温度下醋酸的极限摩尔电导率
对于弱电解质来说，某浓度时的电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
α=λm （5） λ∞
m
将（4）式代入（1）式得
c λ2c α2
K = （6） =∞∞m 1-αλm (λm -λm ) Θ
这样，可以从实验中测定出浓度为c 的HAc 溶液的电导率χ后，代入式（5）中，算出λm ，再将λm 值代入式（6），即可算出HAc 的K a 值。 Θ
三．实验仪器及药品
1. 仪器
电导率仪、水浴锅、温度计、100mL 容量瓶4个、洗瓶。
2. 药品
醋酸溶液。
四．实验内容与操作
1. 不同浓度HAc 溶液的配制
将3个洗净的100mL 容量瓶编号成2、3、4号，再依次用50mL 、25mL 、10mL 移液管吸取准确浓度的HAc 溶液，分别置于2、3、4号容量瓶中，然后用蒸馏水稀释至刻度，混合均匀。算出各瓶溶液的准确浓度，记录在表2中（或实验报告相应的表格中）。（1号原液为实验室已配好的准确浓度的HAc 溶液）
表2 实验数据记录表
注：实验测出的χ数值，其单位是μΩ-1·cm -1。需换算成Ω-1·m -1后，再填入表2中（1μΩ-1·cm -1=10-4Ω-1·m -1）
2. 不同浓度HAc 溶液电导率的测定
测定不同浓度HAc 溶液的电导率时，应该按由稀到浓的顺序依次进行。
将待测溶液倒入50mL 烧杯中，然后把烧杯放入恒温水浴（水温为18℃、25℃或30℃），稳定3~5min后，搅拌溶液（玻璃棒用前应用滤纸擦干），轻轻落下用待测溶液洗过的电极，使液面高于电极1~2cm，进行测量，连续测定2次，取平均值。用同样方法测出其它各号溶液的电导率，将数据记录在表2中（或实验报告相应的表格中）。全部测定后，拆下电极，用蒸馏水洗涤数次，放回电极盒中。
五．结果与讨论或数据处理
将溶液浓度和测得电导率值代入式（4）中求得λm ，再通过（5）式求得α，进而通过（6）式求得4个K HAc Θ值，将其加和平均，即得HAc 的解离常数测定值。
六．注意事项
1. 电导率测定时由稀到浓的顺序
2. 电极测定前用待测液润洗
七．思考题
1. 电解质溶液的电导与哪些因素有关？
2. 测定HAc 溶液的电导时，为什么要按由稀到浓的顺序进行？
3. 标准平衡常数K Θ值与浓度是否有关？
实验6 弱酸解离常数的测定
一．实验目的
1. 了解弱酸解离常数的测定方法
2. 加深对电离平衡基本理论的理解
二．背景知识及实验原理
1. 背景知识
在农业生产和科学实验中，人类与溶液有着广泛的接触，许多反应是在溶液中进行的，许多物质的性质也是在溶液中体现的。我们还会遇到许多存在于水溶液中的化学平衡，如电解质在溶液中的解离。强电解质在水溶液中是完全解离的；而弱电解质在水溶液中存在着分子与其解离离子之间的平衡，其平衡常数称为解离平衡常数。弱酸性电解质的解离平衡常数用K a Θ表示，弱碱性电解质解离平衡常数用K b Θ表示。与其它平衡常数一样，解离平衡常数是化学平衡理论中重要的概念之一。其值越大，表明平衡时离子的浓度越大，电解质解离程度越大，即弱电解质解离得越多，因此可根据解离常数值得大小比较相同类型的弱电解质解离度的大小，即弱电解质的相对强弱。
弱电解质的解离平衡常数应用较广。比如缓冲溶液的选择和配制，解离平衡常数值是选择和配制缓冲溶液的K a Θ或K b Θ值以及缓冲对的两种物质浓度比。因此在选择具有一定pH 值的缓冲溶液时，应选用弱酸（或弱碱）的K a Θ（或K b Θ）值等于或接近于所需[H+]（或[OH-]）的共轭酸碱对组成的混合溶液，即pH ≈p K a Θ或pOH ≈p K b Θ。
弱电解质解离常数的数值可以通过热力学数据计算求得，也可以通过一些物理化学实验方法测定。这些物理化学方法是借助物理和几何方法来研究化学平衡体系性质变化和组成关系的，通过组成性质的研究可以了解平衡体系所发生的化学变化。在研究电解质溶液的各种化学性质时，也可以采取这些方法。因为随着溶液组分发生变化，体系的某些性质也相应地发生变化。比如溶液的导电行为导电性质是一个能直接反映出电解质本性的重要理化性质，它随着溶液组成的变化发生相应变化。而通过直接测定溶液的电导值以确定溶液中被测离子的浓度的方法称为电导分析法。
2. 实验原理
一元弱酸弱碱的解离平衡常数K 与解离度α有一定的关系。例如醋酸（HAc ）Θ
溶液：
HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)
起始浓度/(mol/L) c 0 0
平衡浓度/(mol/L) c-c α c α c α
[c (H +) /c Θ][c (Ac -) /c Θ](c /c Θ) 2α2(c /c Θ) α2c α2
（1） K ====ΘΘ1-α1-α[c (HAc ) /c ](c /c )(1-α) Θ
解离度可通过测定溶液的电导来求得，从而求出解离常数。
电解质溶液导电能力的大小，通常用电导G 表示。电导等于电阻的倒数，G=1/R，其单位是Ω-1。和金属导体一样，电解质溶液的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 成比，与电极面积A 成反比。
R ∝L L 或R=ρ (2) A A
A (3) L 式中ρ—电阻率，其倒数称为电导率，用χ表示，所以 G=χ
电导率是指长1m 、截面积为1m 2的导体的电导。它不仅与温度有关，而且还与溶液的浓度有关，χ的单位为Ω-1·m -1。
测定溶液电导使用电导率仪及电导电极。电导电极由两块面积约1cm 2、间距约1cm 的铝片平行镶嵌在玻璃架上构成。每个电导电极的A 为一常数，称为电极常数。它可直接测L
量定出，亦可通过测量已知电导率的KCl 溶液的电导，按式(3)求出。
在一定温度下，同一类电解质不同浓度的溶液电导与两个因素有关：①溶液中溶解的电解质的量；②电解质的解离度。若使前一因素固定，则溶液的电导就只与电解质的解离度有关，为此，人们引进了摩尔电导率的概念。
将含有1mol 电解质的溶液全部置于相距1m 的两个平行电极之间所表现出来的电导，称为摩尔电导率。设溶液中某物质的量浓度为c ，单位为mol·L -1，则含1mol 电解质溶液的1⨯103，固溶液的摩尔电导率λm 为 c
1-3 λm =χ⨯10 (4) c 体积V m =
λm 的单位是Ω-1·m 2·mol -1。
对于弱电解质来说，在无限稀释时，可看做完全解离，这时溶液的摩尔电导率称为极限摩尔电导率。以λ∞
m 表示。在一定温度下，弱电解质的极限摩尔电导率是一定的，表1列出
无限稀释时醋酸的极限摩尔电导率。
表1 不同温度下醋酸的极限摩尔电导率
对于弱电解质来说，某浓度时的电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
α=λm （5） λ∞
m
将（4）式代入（1）式得
c λ2c α2
K = （6） =∞∞m 1-αλm (λm -λm ) Θ
这样，可以从实验中测定出浓度为c 的HAc 溶液的电导率χ后，代入式（5）中，算出λm ，再将λm 值代入式（6），即可算出HAc 的K a 值。 Θ
三．实验仪器及药品
1. 仪器
电导率仪、水浴锅、温度计、100mL 容量瓶4个、洗瓶。
2. 药品
醋酸溶液。
四．实验内容与操作
1. 不同浓度HAc 溶液的配制
将3个洗净的100mL 容量瓶编号成2、3、4号，再依次用50mL 、25mL 、10mL 移液管吸取准确浓度的HAc 溶液，分别置于2、3、4号容量瓶中，然后用蒸馏水稀释至刻度，混合均匀。算出各瓶溶液的准确浓度，记录在表2中（或实验报告相应的表格中）。（1号原液为实验室已配好的准确浓度的HAc 溶液）
表2 实验数据记录表
注：实验测出的χ数值，其单位是μΩ-1·cm -1。需换算成Ω-1·m -1后，再填入表2中（1μΩ-1·cm -1=10-4Ω-1·m -1）
2. 不同浓度HAc 溶液电导率的测定
测定不同浓度HAc 溶液的电导率时，应该按由稀到浓的顺序依次进行。
将待测溶液倒入50mL 烧杯中，然后把烧杯放入恒温水浴（水温为18℃、25℃或30℃），稳定3~5min后，搅拌溶液（玻璃棒用前应用滤纸擦干），轻轻落下用待测溶液洗过的电极，使液面高于电极1~2cm，进行测量，连续测定2次，取平均值。用同样方法测出其它各号溶液的电导率，将数据记录在表2中（或实验报告相应的表格中）。全部测定后，拆下电极，用蒸馏水洗涤数次，放回电极盒中。
五．结果与讨论或数据处理
将溶液浓度和测得电导率值代入式（4）中求得λm ，再通过（5）式求得α，进而通过（6）式求得4个K HAc Θ值，将其加和平均，即得HAc 的解离常数测定值。
六．注意事项
1. 电导率测定时由稀到浓的顺序
2. 电极测定前用待测液润洗
七．思考题
1. 电解质溶液的电导与哪些因素有关？
2. 测定HAc 溶液的电导时，为什么要按由稀到浓的顺序进行？
3. 标准平衡常数K Θ值与浓度是否有关？