强电解质极限摩尔电导率的测定

强电解质极限摩尔电导率的测定

一 实验目的:

1、理解溶液的电导、电导率和摩尔电导率的概念。

2、掌握由强电解质稀溶液的电导率测定极限摩尔电导率的方法。

3、用电导仪测定KCl溶液的摩尔电导率，并用作图外推求其极限摩尔电导。 二 实验简要原理

三仪器药品，实验所需的文献数据及其来源 1、仪器试剂

仪器 ： 电导率仪（附：电导电极） 1套; 超级恒温槽 1套;

容量瓶(100mL)： 7只; 移液管(1mL，5mL，10mL) 各1只; 药品：KCl 0.1000mol/L溶液; 电导水(κ < 1x10-4S.m-1)；蒸馏水。 2、文献数据

四 预习提问（对原理，重要操作步骤，注意事项、数据处理提问？ 1）本实验应该注意的事项是什么？

2）弱电解质能否如此测定？为什么？若想通过此法求醋酸的∧m∞值，应如何求？ 3）溶液电导率的测定在化学领域中都有那些应用？

4）用电导率仪测得的电导数值，准确度怎么样？为什么？

5）如果使用的电导电极所标的电极常数不准确，你能否设计一种方法利用DDS-11A型电导率仪将其矫正。

6）强电解质的电导率与溶液浓度的关系，强电解质的摩尔电导率与溶液浓度的关系？ 7）弱电解质的电导率与溶液浓度的关系，弱电解质的摩尔电导率与溶液浓度的关系？ 五 实验结果要求（文献值和本实验的要求的误差范围）

1、将测量值与文献值比较。误差范围±0.3％，若显著的偏差，应说明原因。 六 影响实验结果的一些因数 影响电导率的因素：

电解质溶液电导率大小主要取决于两方面： 1.离子的多少； 2.离子的运动速度 外界条件的影响：

a. 温度 温度越高，离子的运动速度v越大，电导率越大； b. 溶剂粘度 溶剂粘度越大，v越小，电导率越小 离子本性：

a. 水化离子半径r 半径r越大，则v越小，电导率越小 b. 离子价数 离子价数越大，则v越大，电导率越大

c. 特殊迁移方式 H＋、OH－是一般离子导电能力5－8倍 电解质溶液浓度：

浓度增加时，一方面，离子数增加；另一方面，由于弛豫效应、电泳效应，离子运动速度减小。

七 实验内容中的思考题回答 见教师辅导

八 实验数据记录的表格 １、实验数据记录

室温： ℃ 大气压力： pa 蒸馏水：κ（水）= μS 2.将数据列表。 序C(mol〃m-3) 3 号 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 0 0 0 0 κ溶液(测) κ溶液(平) κ溶液(平) κKCl ∧m (μS/cm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (μS/cm) 0 0 0 0 0 (S/m) 0 0 0 0 0 (S/m) (S.m2.mol-1) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 九 实验数据处理举例

室温： 25 ℃ 大气压力： 100.3 kpa 蒸馏水：κ（水）= 3.45 μS/cm 1.数据处理：

以0.1mol/l的KCl溶液为例：

C=0.1mol/l=100 mol〃m-3 ；3=10

κ溶液（平）=（12904+12903+12902）/3=12903（μS/cm）=1.2903(S/m)； κKCl=κ溶液(平)-κ（水）=1.2903S/m - 3.45μS/cm=1.2900S/m ∧m =κKCl/C=1.2900S/m/100mol〃m-3=0.0129 其它数据处理同上 填表如下： 序C(mol〃m-3) 3 号 1 100 2 50 3 10 4 5 5 1 6 0.5 10 7.1 3.2 2.2 1.0 κ溶液(测) (μS/cm) κ溶液(平) κ溶液(平) κKCl (μS/cm) (S/m) 1.2903 0.6669 0.1419 0.0718 0.0147 0.007734 (S/m) 1.2900 0.6666 0.1416 0.0715 0.0147 ∧m (S.m2.mol-1) 0.0129 0.01333 0.01416 0.01430 0.01470 12904 12903 12902 12903 6667 6669 671 6669 1419 1421 1409 1419 717.8 718.2 717.9 718.0 150.0 150.5 149.5 150.0 0.7 77.34 77.44 77.24 77.34 0.007389 0.014778 2、绘制工作曲线： 3 10 ∧m 0.0129 (S.m2.mol-1) 7.1 0.01333 3.2 2.2 0.01416 0.01430 1.0 0.01470 0.7 0.014778 利用数据处理软件绘制环工∧m-3作曲线 当3=0时：∧m=0.01484 即∧m∞=0.01484

查找文献 25℃ KCl 的极限摩尔电导率为：0.014986

所测的值与文献值相比较：（0.014986-0.01484）/0.014986X100％=0.97％ 十 误差分析

1、 电导率仪自身的设计

较早出现的平衡电导率仪结构笨重粗略。以DDS-11为代表的指针式电导率仪，形体小、重量轻，但与集成电路型比较其稳定性较差，漂移大，测量结果线性不好，读数不便，因此在每次使用之前必须调零、校满，读数需通过刻度与旋钮倍乘计算获得，同时电容分量影响较大；高纯水时人体感应较严重；一般不具有自动温度补偿，所以存在较多缺陷。继后发展起来的集成电路数字式是电导率仪，其测量结果线性、准确度、分辨率大幅度提高，并设有随机温度补偿，直接读取基准温度条件下的电导率值#大大方便了使用人员。现今以单片机为代表的智能型电导率仪，将电导率测量技术推向高峰。它具有菜单式设置，动量程，可选电极常数，浮点式数字直读多项目同时显示，计算式自动温度补偿；电极常数自动校正，电导率超限报警#多种数据接口，在线实时分析和追忆记录等功能，更加完善了电导测量技术。使振幅像直流恒压源一样稳定是相对不容易的。 交流电势振幅的稳定性会直接影响到测量的准确度以及所使用运算放大器组成的电导测量电路。 2、 电计引入的误差

（1）测量电势的稳定性引起的误差 为消弱两极板间的极化作用，几乎所有电导率仪均使用交流信号作为测量信号源。交流信号源要使振幅像直流恒压源一样稳定是相对不容易的。交流电势振幅的稳定性会直接影响到测量的准确度以及所使用运算放大器组成的电导测量电路。 （2）测量频率的影响

较低频率交流电势作用于低离子浓度的溶液中极化作用表现较轻，但是高离子浓度溶液中表现尤为突出，因此除选择镀石墨或铂黑的电导池外，合理选择测量电势的交变频率尤为重要。很多电导率仪低离子浓度选择700-100Hz；高离子浓度选择700-1000Hz。 也有的采用随离子浓度增大频率逐渐上升的方法。工作频率并非越高越好，电导池两极板和两条平行的电导池电缆导线构成的分布电容引入的误差分量会增加， 尽管选用了相敏检波电导率仪能分离

电容分量， 但较长导线引入的电容分量会导致放大器趋向饱和限幅，高周频率测量低电导电容分量尤为突出， 但低波频率测量高电导水质极化是突出矛盾。 （3）电路漂移引入的误差

实验室电导率仪每次使用前需要重新调校，而工业在线电导率仪不具备此条件，也不允许出现较大的漂移， 所以要选用高性能的集成电路和温度系数小的元件以及稳定的供电电源， 以减少电路的零点漂移和时间漂移。 （4）温度补偿引入的误差 电解质溶液中带电离子，随溶液温度的降低，离子的水化作用增强，离子间的运动阻力增大，溶液的电导率随之降低。溶液温度升高，离子活度增强，电导率随之增大，由于各厂家的温度补偿系数选用不太一致，经常出现过补偿或欠补偿。 3．电导池引入的误差

（1）电导池选用不当造成的误差

低离子浓度溶液选用亮铂电极、不锈钢电极、钛金属电极，常数分度常见1.0、0.1、0.05、0.01cm-1 。一般用于工业用水、纯净水和超纯水测量。高离子浓度电导池选用镀铂黑的铂片或不锈钢电极，带有强腐蚀性的溶液选用石墨电极，常数分度常用1.0、5、10、20。 一般应用于工业用水、污水或浓缩液的测量。配套不同常数的电极是为测量电计获得相匹配溶液等效电阻和响应度而设计的。

（2）电导池绝缘支架离子玷污或裂痕引入的误差 一、电导池间经常测量含胶体浓的电解质溶液，使用后不及时用纯水洗净会在两极板之间的绝缘支架表面发生离子附着，而存在漏电阻桥，电阻桥的并联作用是无法从读数中消除的。二、电极导线老化破损漏电、使用不合格电缆；导线加长时引起的绝缘不良，插头、插座接线端子之间脏污受潮，测量中会出现并联作用而导致误报。 （3）电导池两极板表面污着造成的误差

电导池交替测量多种溶液或测量含有胶体的粘稠溶液后会使电导池发生。一、有效面积改变造成的常数改变；二、污着物使电导池与溶液的接触发生响应斜率改变；三、污着物使电极发生惰性变化。

（4）电导池几何尺寸变化造成常数误差

当电导池发生改变后， 两极板间液柱的距离和面积发生变化，L/A的改变使原来标定的常数出现错误，测量读数必然出现差错，只能通过重新标定电极常数才能消除误差。 （5）电导池表面严重腐蚀造成常数改变而引入误差 在一些腐蚀性工艺中安置的在线电导电极，由于受强电解质的长期侵蚀， 电极材料表面会出现较深蚀痕，改变了电极常数。可以使用耐腐蚀材料制造的电极，如钛铂金属或石墨材料构成的电极。

4．外部因素引入的测量误差 （1） 器皿不洁引入的测量误差 （2） 纯水离线测量引入的误差 （3） 安装不当引入的误差 （4） 串模干扰信号引入的误差

（5） 流速对在线电导率仪表测量准确度的影响

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