一、目的
1. 掌握惠斯頓電橋測定電導(dǎo)的原理和方法
2. 學(xué)會電導(dǎo)法測定難溶鹽的溶解度
二、基本原理
導(dǎo)體導(dǎo)電能力的大小,常以電阻的倒數(shù)1/R
式中 G 稱為電導(dǎo),單位是西門子 S。
導(dǎo)體的電阻與其長度成正比,與其截面積成反比,即:
ρ是比例常數(shù),稱為電阻率或比電阻。根據(jù)電導(dǎo)與電阻的關(guān)系,則有:
k稱為電導(dǎo)率或比電導(dǎo)k=1/ρ它相當(dāng)于長為 1m,截面積為 1m2導(dǎo)體的電導(dǎo),其單位是S m-1
對于電解質(zhì)溶液,若濃度不同,則其電導(dǎo)也不同。如取 1mol 電解質(zhì)溶液來量度,即可在給定條
件下就不同電解質(zhì)溶液來進行比較。1mol 電解質(zhì)溶液全部置于相距為 1m 的兩個平行電極之間,溶液的電導(dǎo)稱之為摩爾電導(dǎo),以 λ 表示。如溶液的摩爾濃度以 c 表示,則摩爾電導(dǎo)可表示為:
式中λ的單位是S·m2·mol-1;c的單位是mol·dm-3。λ的數(shù)值常通過溶液的電導(dǎo)率k,經(jīng)(4)式計算
得到。而k與電導(dǎo)G(或電阻R)有直接關(guān)系,由(3)式可知
對于確定的電導(dǎo)池來說,l/A 是常數(shù),稱為電導(dǎo)池常數(shù)。電導(dǎo)池常數(shù)可通過測定已知電導(dǎo)率的電解質(zhì)溶
液的電導(dǎo)(或電阻)來確定。
溶液的電導(dǎo)通常利用惠斯頓電橋來測定。線路如圖所示。其中S為音頻信號發(fā)生器(本實驗使用
的信號頻率為 1000Hz);R1、R2和R3是三個可變電阻箱的阻值。RX為待測溶液的阻值;H為示波器。
C1是與電阻R1并聯(lián)的一個可變電容,用以平衡電導(dǎo)電極的電容。
測定時調(diào)節(jié)R1、R2、R3和C1,使H無電流通過。此時,表明B、D兩點電位相等,電橋達(dá)到了平衡。
即有
Rx的倒數(shù)即為該溶液電導(dǎo)。
本實驗是測定PbSO4的溶解度。首先測定PbSO4飽和溶液的電導(dǎo),代入(3)式求其電導(dǎo)率(k溶液)。
因溶液極稀,必須從(k溶液)中減去水的電導(dǎo)率(k水)
kPbSO4=k溶液-k水
(為消除由交流電所引起的極化效應(yīng),使用鍍鉑黑電極,增加電極面積)
三、儀器和試劑
音頻訊號發(fā)生器 1 臺 恒溫槽 1 套
示波器或耳機 1 個 可變電阻箱 3 個
電導(dǎo)電極(鍍鉑黑) 1 支 錐形瓶(200ml) 4 個
0.02 mol·L-1氯化鉀溶液 PbSO4(A.R.)
四、操作步驟
1.按圖接好線路。調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至 25℃。
2.測定電導(dǎo)池常數(shù)
用少量 0.02mol/L KCl 溶液浸洗電導(dǎo)電極兩次,將電極插入盛有適量 0.02mol/L KCl 溶液的錐形瓶
中,液面應(yīng)高于電極鉑片 2mm 以上。將錐形瓶放入恒溫槽內(nèi),十分鐘后測定電導(dǎo),然后換溶液再測
定兩次,求平均值。
3.測定PbSO4溶液的電導(dǎo)率
將約 1g固體PbSO4放入 200mL錐形瓶中,加入約 100mL重蒸餾水,搖動并加熱至沸騰。倒掉清液,
以除去可溶性雜質(zhì)。按同樣方法重復(fù)兩次。再加入約 100mL重蒸餾水,加熱至沸騰,使之充分溶解。
然后放在恒溫槽中,恒溫 20 分鐘使固體沉淀,將上層溶液倒入一干燥的錐形瓶中(溶液中不能含有
任何懸浮物,否則將影響實驗結(jié)果,為什么?),恒溫后測其電導(dǎo),然后換溶液再測兩次,求平均值。
4.測定重蒸餾水的電導(dǎo)率
取約 100mL 重蒸餾水放入一干燥的錐形瓶中,待恒溫后,測電導(dǎo)三次,求平均值。
五、數(shù)據(jù)記錄和處理
實驗溫度:25℃
1.電導(dǎo)池常數(shù)的測定
氯化鉀溶液的濃度:0.02 mol/L 氯化鉀溶液的電導(dǎo)率:0.2765 S/m
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