电导滴定法测定醋酸的解离常数

时间：2024.3.31

电导滴定法测定醋酸的解离常数

实验报告

学校：西安文理学院

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电导滴定法测定醋酸的解离常数

一、实验目的

1．熟悉电导滴定法的基本原理；

2．掌握电导滴定法测定弱酸解离常数的实验方法。

二、实验原理

溶液的电导随离子的数目、电荷和大小而变化，也随着溶剂的某些特性如粘度的变化而变化。这样可以预料，不同品种的离子对给定溶液产生不同的电导。因此，如果溶液里一种离子通过化学反应被另一种大小或电荷不同的离子取代，必然导致溶液的电导发生显著变化。电导滴定法正是利用这一原理完成欲测物质的定量测定。

一个电解质溶液的总电导，是溶液中所有离子电导的总和。即：

　　　　　　　　　　　　　　（2－1）

式中c_i为第i种离子的浓度(mol?L^-1)，λ_i为其摩尔电导，θ为电导池常数。

弱酸的解离度α与其电导的关系可表示为：

　　　　　　　　　　　　　　　（2－2）

G_c为任意浓度时实际电导值，它是从实验中实际测量的，G_100%为同一浓度完全解离时的电导值，它可从不同的滴定曲线计算而得。

醋酸在溶液中的解离平衡为：

解离常数K_a为：

　　　　　　　　　　　（2－3）

根据电解质的电导具有加和性的原理，对任意浓度醋酸在完全解离时的电导值，能从有关滴定曲线上求得。假如选用氢氧化钠滴定醋酸和盐酸溶液，可从滴定曲线上查得有关电导值后，按下式计算醋酸在100%解离时的电导值。

　　　　　　　（2－4）

式中G_NaAc为醋酸被氢氧化钠滴定至终点的电导值，G_NaCl为盐酸被滴定至终点的电导值。（注意：所述电导值应按式（2－1）校正至相同的物质的量浓度，式（2－4）才成立）。

三、仪器与试剂

1．DZDS-A电导仪(南京多助科技发展有限公司)；

DJ51C型电导电极（铂黑电极）（南京多助科技发展有限公司）；

2．电磁搅拌器（78-1磁力加热搅拌器）（金台市富华仪器有限公司）；

3．碱式滴定管（50ml）；

4．NaOH标准溶液：0.2000mol?L^-1；

醋酸溶液：～0.1mol?L^-1；

盐酸溶液：～0.1mol?L^-1。

四、实验步骤

1．预热电导仪，联接电导电极。

2．醋酸电导测定

（1）溶液配制；

移取约0.1mol?L^-1醋酸溶液20mL于300mL的烧杯中，加蒸馏水170mL，放烧杯在电磁搅拌器上，插入洗净的电导电极，注意不能影响搅拌磁子的转动。开动电磁搅拌器，调节搅拌速度，使溶液不出现涡流。

用NaOH标准溶液（0.2000mol?L^-1）润洗碱式滴定管1-2次；装入50ml NaOH标准溶液；

（2）测定；

将电导仪参数低周、高周按下调至低周；实际测量、温度补偿调至实际测量。按下切换键，当显示OVER后开始测定。

用0.2000mol?L^-1 NaOH标准溶液滴定，首先记录醋酸未滴定时的读数，然后每次滴定0.5mL，读一次电导数值，直到滴定剂约20mL体积。记录测定数据。

3．盐酸电导测定

（1）溶液配制；

移取约0.1mol?L^-1盐酸溶液20mL于300mL的烧杯中，加蒸馏水170mL，放烧杯在电磁搅拌器上，插入洗净的电导电极，注意不能影响搅拌磁子的转动。开动电磁搅拌器，调节搅拌速度，使溶液不出现涡流。

用NaOH标准溶液（0.2000mol?L^-1）润洗碱式滴定管1-2次；装入50ml NaOH标准溶液；

（2）测定；

同步骤3，用0.2000mol?L^-1 NaOH标准溶液滴定约0.1mol?L^-1盐酸溶液，直到滴定剂约20mL体积。记录测定数据。

五、数据处理

1．绘制醋酸和盐酸的电导滴定曲线。

醋酸电导滴定曲线（9.5 3.75）

盐酸的电导滴定曲线（10.5 5.72）

2．从两种滴定曲线的终点所消耗的NaOH体积，分别计算醋酸和盐酸的准确浓度。

醋酸终点所消耗的NaOH体积9.5ml

9.5×0.2÷20=0.095

醋酸的准确浓度=0.095 mol?L^-1

盐酸终点所消耗的NaOH体积10.5ml

10.5×0.2÷20=0.105

盐酸的准确浓度=0.105mol?L^-1

3．按方法原理中公式（2－1），校正G_NaAc、G_HCl和G_NaCl与G_HAc相同的物质的量浓度时的数值，再按式（2－4）求醋酸在100%解离时电导值，进而从式（2－2）和式（2－3）计算出醋酸的解离常数K_a。

依据醋酸在溶液中的解离平衡为：

公式：

得醋酸在溶液中的解离常数K_a为：0.000224=.

六、问题讨论

1．解释用NaOH滴定HAc和HCl的电导滴定曲线为何不同？

答：对强电解质而言，溶液浓度降低，摩尔电导率增大，这是因为随着溶液浓度的降低，离子间引力变小，粒子运动速度增加，故摩尔电导率增大。

对弱电解质而言，溶液浓度降低时，摩尔电导率也增加。在溶液极稀时，随着溶液浓度的降低，摩尔电导率急剧增加。

因为HAC是弱酸，HCL是强酸；强酸强碱盐不会水解，弱酸强碱盐（这里是NaAC）会水解导致的。

2．本实验所用方法测定弱酸的解离常数Ka，有哪些特点？

答：利用电导值计算离子活度，

根据电离学说,可以认为,弱电解质的电离度α等于在浓度时的摩尔电导Λ与溶液在无限稀释时的电导之比,即

3．如要准确测定Ka值，在滴定实验中应着重控制哪些影响因素？

答：电解质溶液导电主要与电解质的性质，溶剂的性质，测量环境的温度，电解质溶溶液的浓度及离子的价数有关。

在测量时注意温度变化；

在每次测量后都要将电极清洗干净；

准确滴定，滴定过程中一定要每次0.5ml准确滴定。

第二篇：电导_率_法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究_Excel的应用

第27卷　第4期20xx年8月

首都师范大学学报(自然科学版)JournalofCapitalNormalUniversity

(NaturalScienceEdition)

Vol.27,No.4Aug.　2006

电导(率)———Excel(北京　100037)

摘要

　　为了使繁琐、耗时的实验数据的计算分析和图形表达变得容易和快捷,减少数据处理的误差,提高结果的统计性和准确性,也为了进一步加强实验的综合性,培养学生应用计算机处理实验数据和绘图的能力,本文对于将Excel电子表格用于电导(率)法测定醋酸解离常数的实验数据的处理和表达方法进行了研究,分别采用算术平均值法、

∞∞

Λm-1ΠΛm线性回归分析-图解法和本文提出的lg{Λ2mΠc[Λm(Λm-Λm)]}-lgc线性回归分析-图解法处理两组

实验数据,并对处理结果进行了对比和分析.

关键词:Excel,算术平均值,标准偏差,线性回归分析,图解法,回归方程,截距.中图分类号:O6-39,G434

　　多年来“,醋酸解离度和解离常数的测定”为国内很多大学的化学及相关专业的基础化学实验(或无机化学实验、普通化学实验等)课程所采用.早年多用pH法.近些年来,由于大学化学实验教学改革强调加强实验的综合性,不少实验教材便将电导(率)法等其他一些方法整合进来[1～10].

目前,采用电导(率)法测定醋酸解离度和解离常数时,实验数据的处理主要依据以下公式.

Λκα=∞,Λm=,则

cΛ

Λ2mcKa==∞∞

1-αΛm(Λm-Λm)

为了进一步加强实验的综合性,培养学生应用计算机处理实验数据和绘图的能力,笔者在该实验中引入并鼓励学生采用Excel电子表格进行数据的计算和线性回归分析并绘图,进而确定醋酸的解离常数.本文使用Excel电子表格,分别采用算术平均

Λm-1ΠΛm线性回归分析-图解法和本文提

电导率法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究Excel的应用

值法、c

2∞∞

出的lg{ΛmΠ[Λm(Λm-Λm)]}-lgc线性回归分析

-图解法处理学生的两组实验数据,并对处理结果

进行了对比和分析.

(1)

1　实验数据的处理和表达方法

111　算术平均值-列表法

　　在实验温度下,准确配制已知不同浓度c的醋

酸溶液,测定出该系列溶液的电导率κ,可计算出摩尔电导率Λm,采用一定方法确定极限摩尔电导率

∞Λm后,便可计算出醋酸的解离度α和平均解离常

这是目前大多数教材所使用的方法.学生根据

公式(1),使用计算器计算实验数据,求出Ka的算术平均值,并将数据的记录和处理结果以表格形式表示出来.

Λm对1ΠΛm作112　公式直线化-图解法———以c

图

[1,2]

数Ka(忽略蒸馏水电导率的影响).

为了使繁琐、耗时的实验数据的处理变得容易

和快捷,减少误差,提高结果的统计性和准确性,也

由式(1),可得

Λm=c

∞2

(Λ)收稿日期:2005207204

Λm

∞

-ΛmKa

(2)

首都师范大学学报(自然科学版)20xx年

Λm对1ΠΛm作图,应该得到一条直线,根据所得以c

直线的斜率,求Ka=(Λ∞)2.

∞

根据式(2),所得直线的截距=-ΛmKa,为什么

Λ2m

lg∞=-lgc+lgKa∞Λm(Λm-Λm)

Λ2m

　　以lg∞∞对lgc作图,应该得到一条

Λm(Λm-Λm)直线,该直线的截距等于lgKa,由截距便可求得Ka.

Λm)?如果既用斜率不由截距求解Ka(=-截距Π

又用截距求解Ka,两个Ka的数值能否相同?对于这样的问题,有关教材未给予说明.笔者曾经采用该

方法,对学生的多组实验数据进行处理,用所得斜率也用截距求解Ka,结果是同一组实验数据会得到两(参见表2和表4).个不同的“Ka”

∞

2　Excel型,DJS-1型铂黑

∞

和醋酸的极限摩尔电导率(Λmt×ΠmolS?cm?

-2

-1

2113　公式直线化-Λmm-Λm)对lgc作图

这是笔者为解决所谓“一组实验数据,两个‘Ka’”问题而提出的另一种图解法.

将式(1)两边取对数,得到

Λ2m

lgKa=lgc+lg∞,则∞

Λm(Λm-Λm)

)数据进行线性回归分析,由所得

∞[11]

∞8

一元线性回归方程Λm=(010587t+21444)×10求

出实验温度下醋酸的Λm

用已知准确浓度的醋酸溶液准确配制不同浓度的系列醋酸溶液,学生所配醋酸溶液的浓度和所测电导率的两组实验数据列于表1.211　创建工作表

表2是用Excel电子表格,分别采用算术平均值

表1　HAC溶液的浓度和电导率数据

数据组温度(室温)

电极常数∞Λm(HAc)溶液编号

cΠmol?L-1

Ⅰ

2317℃1104

3184×10μS?cm?mol

101009811510

-1

Ⅱ

2218℃0193

3178×10μS?cm2?mol-1

5(原液)0119626610

201019622010

301039243010

401098104910

101010821510

201021632110

301043263110

40110825110

5(原液)01216374102

κμΠS?cm

-1

Λm-1ΠΛm线性回归分析-图解法和lg{ΛmΠ法、c

∞∞

[Λm(Λm-Λm)]}-lgc线性回归分析-图解法处

-1

性文字和Π或符号(例如“,cΠmol?L”、“t(室温)Π℃

-12-1

κμμS?S?cm”cm?=”“、Π“、ΛmΠmol”“、Ka=”“、斜

理数据组Ⅰ所创建的工作表.为便于表述,将工作表

)和行中的表示单元格地址的列标(首行的“A～H”

)也列在表2中.标(最左列的“1～32”

Λm;图解法Ⅱ,lgc)为自设x(图解法Ⅰ,1×10ΠΛm×10-5;图解法Ⅱ,lg{Λ2mΠ变量,y(图解法Ⅰ,c

∞∞

[Λm(Λm-Λm)]})为因变量,一元线性回归方程

率a=”“、截距b=”、“相关系数R=”、“lgc(x)”、

2∞∞

“lg{ΛmΠ[Λm(Λm-Λm)]}(y)”等),直接键入原始实验数据(C2单元格,1104;C3单元格,2317;H6单元格,011962;D7～H7单元格,依次为150、200、300、490、660),并输入表3所示的计算公式和内置函数.

有关工作表的数据输入,说明以下几点:

(1)每个单元格均有一个唯一的列行位置标识,例如D2表示第D列第2行的单元格.每个单元格中可输入一个数据(常量、公式或函数).

(2)公式由=、数字、文字、运算符、函数、单元格

[11]

为:y=ax+b,式中,a为斜率,b为截距.

启动MicrosoftExcel,出现一张空白工作表,在单元格中输入原始实验数据以及有关的计算公式和内置函数,电子表格便自动进行数值计算和线性回归分析并显示结果(返回值).数据组Ⅰ的具体处理结果参见表2,其中的相关系数R表示x与y线性关系的拟合程度,|R|越接近1,说明数据点与回归直线之间的拟合程度越好.

创建表2时,在单元格中输入必要的栏目标识

引用地址等构成,输入时以“=”开头.例如,表3中的“=D7ΠD631

电导率法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究Excel的应用

000”,式中,D7和D6为单元格引用

(除)和3(乘)为算术运算符.公式输入完毕,地址,Π

按[Enter]键(或单击编辑栏上的“=”按钮,并在弹

),在当前单元格中便自出的对话框中点击“确定”

第4期凌小红:电导(率)法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究———Excel的应用

表2　用Excel处理实验数据(组Ⅰ)所建的工作表

8101112131415161xxxxxxxxxxxx24252628()-1-1Λ2?mol-1α算术平均值法

∞∞

Λ2(Λ-Λ)Ka=K=

)()(∞Λ2?mol-11153E+0711+0771199E()3136E+061105

157E05

电导率法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究Excel的应用

11005E-06

126E-041142E-054105E-041159E-051172E-041169E-057176E-051152E-05

测定次数n=标准偏差s=

Λm-1ΠΛm线性回归分析-图解法(图解法Ⅰ)cΛm1ΠΛmc

(x)1108Λ×c10-5(y)

∞2)?1013=(ΛK5∞

-10=Λ?K′0228668

0994441

6154E-081150E+05654E+001150E+00

9181E-082100E+05981E+002100E+00

1131E-073100E+05131E+013100E+00

2100E-074190E+05200E+014190E+00

2197E-076160E+05297E+016160E+00

b=-002108815:则K=155E-05则K′550E-06=

y=02287x-00211

∞∞

(Λ)lg{Λ2-Λ)]}-lgc-(c(x)2∞∞

(ΛΛ)(y)ΛaR截距=lgK则K=

byx表3　计算公式和内置函数的输入

单元格

输入的计算公式或内置函数

=(00587S|CS|3+2444)100000000

单元格

E8H8D9E9～H9C14C15C16

输入的计算公式或内置函数

D8=D8ΠS|FS|33100依次复制D9公式=AVERAGE(D13∶H13)=COUNT(D13∶H13)=STDEV(D13∶H13)

基础数据D6～G6D8D12E12～H12D13E13～H13D19E19～H19D20E20～H20D21E21～H21D22D29

算术平均值法

图解法Ⅰ

线性回归分析

依次为=H6Π20、=H6Π10、=H6Π5、=H6Π2

=D7ΠD631000

(S=D83D8Π|FS|33S|FS|3-S|FS|33D8)

依次复制D12公式=D63D12

依次复制D13公式=1ΠD8

依次复制D19公式=D63D8

依次复制D20公式=D19100000000依次复制D21公式=D20Π100000

=LOG10(D6)

E22～H22依次复制D22公式

C23=SLOPE(D22∶H22,D21∶H21)F23C24F25F26C31F31C32F33

=INTERCEPT(D22∶H22,D21∶H21)

=CORREL(D22∶H22,D21∶H21)

(S=S|CS|2310000000000000|FS|3S|FS|3)=-S|FS|233100000ΠS|FS|3=SLOPE(D30∶H30,D29∶H29)

=INTERCEPT(D30∶H30,D29∶H29)=CORREL(D30∶H30,D29∶H29)=10^(S|FS|31)

图解法Ⅱ

E29～H29D30E30～H30

依次复制D29公式

=LOG10(D12)

依次复制D30公式

首都师范大学学报(自然科学版)20xx年

动显示返回值.

(3)内置函数是Excel中的一些预定义公式.可用类似输入公式的方法,在单元格中直接输入函数,例如,表3中的“=SLOPE(D22∶H22,D21∶H21)”,其中(D22∶H22,D21∶H21)是单元格引用区域,表示该求斜率操作引用从D22到H22(y)和从D21到H21(x)的单元格区域.也可单击菜单中的“插入”

电导率法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究Excel的应用

→“函数”,或直接点击工具栏上的“fx”,弹出“粘贴函数”对话框,选择所需函数,并输入单元格引用区域.按

),[Enter]键(或在弹出的对话框中点击前单元格中便自动显示返回值.

(4)属性.,就使用无“S|”的相对引用地址,例如,表3中的D6、D7、D8、D12、D19等.若要使单元格引用地址随公式或函数所在单元格位置的变化而保持不变,就使用有“S|”的绝对引

(

电导率法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究Excel的应用

在列标识和行标识用地址,例如,表3中的“S|FS|3”

前各加一个“S|”,表明列和行均为绝对)表示无论将有关公式移动或复制到表中的什么位置,总是引用F3单元格.

(5)可利用工具栏中的“复制”和“粘贴”对公式

∞∞

(Λmlg{Λ2[Λm-Λm)]}-lgcmΠ

线性回归分析图

(图解法Ⅰ,从左上角D21到右下角H22单元格;图

解法Ⅱ,从左上角D29到右下角H30单元格),单击(或点击工具栏上的“图表向导”“插入”,选择“图

),在弹出的图表类型窗口中选择表”“XY散点图”,

点击“下一步”,出现图表源数据窗口,点击“下一步”,弹出图表选项窗口,键入图表标题和轴标题,并对“坐标轴”“、网格线”等进行选项后,点击“完成”,在当前工作表中便插入一张散点图.

(2)将鼠标移至图中的数据点,单击鼠标右键(或直接单击),选择“图表”“添加趋势线”,

电导率法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究Excel的应用

进入回归

或函数进行复制.例如,在表2所示工作表的D13单

元格中输入“=D63D12”,将该公式分别复制到E13、F13、G

电导率法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究Excel的应用

13和H13单元格时,Excel会自动对单元格引用地址作相应调整(依次为“=E63E12”、“=

),并显示返F63F12”“、=G63G12”和“=H63H12”回值.

212　使数据图形化

Excel能够十分方便、快速地将工作表中的数据转化为图形(参见图1和图2).

分析状态,此时,类型选择为“线性”,选项中选择“显示公式”和“显示R平方值”,单击“确定”,退出回归分析状态.图中即出现回归直线,并显示回归方程式和相关系数R.

(3)为使图形明晰、美观,可对其进行编辑修改(如字体的选择、坐标刻度的调整、图标题或轴标题

的修改等).将鼠标移至图中的欲编辑部位,双击鼠标左键,即进入编辑状态,例如,欲修改x轴的坐标刻度、字体或数字,可将鼠标移至x轴处,双击鼠标左键,弹出“坐标轴格式”对话框,即可按需要进行修改.

3　数据处理结果的比较与讨论

用算术平均值法和上述两种线性回归分析-图解法处理数据组Ⅱ的操作方式和所创建的表格类似对数据组Ⅰ的处理.将两组实验数据的处理结果归纳于表4.

Λm-1ΠΛm线性回归分析图图1　醋酸溶液的c

对比并分析表4中的数据处理结果,可以得出以下结论:

(1)对于两组数据,用算术平均值法处理所得的

Ka比较接近;对于数据组Ⅰ,三种方法所得的Ka比

主要操作为:

(1)用鼠标在工作表中选定x和y的数据区域

[11]

第4期凌小红:电导(率)法测定醋酸解离常数的数据处理方法研究———Excel的应用

表4　实验数据组Ⅰ和Ⅱ处理结果的对比

数据组Ⅰ

数据组Ⅱ

-5-6

算术平均值法

K-511005×10-6

标准偏差s

线性回归分析线性回归方程