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实验6 弱酸解离常数的测定

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

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KaΘ表示,弱碱性电解质解离平衡常数用KbΘ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KaΘ或KbΘ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KaΘ(或KbΘ)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»pKaΘ或pOH»pKbΘ。
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KΘ与解离度a有一定的关系。例如醋酸(HAc)溶液:
HAc(aq)D H+(aq) + Ac-(aq)
起始浓度/(mol/L) c 0 0
平衡浓度/(mol/L) c-ca ca ca
(1)
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W-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∝或R= (2)
式中r—电阻率,其倒数称为电导率,用c表示,所以
G= (3)
电导率是指长1m、截面积为1m2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,c的单位为W-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1cm2、间距约1cm的铝片平行镶嵌在玻璃架上构成。每个电导电极的为一常数,称为电极常数。它可直接测量定出,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