电导的测定及应用_生活广记

一、实验目的和要求
1、理解溶液的电导、电导率和摩尔电导的概念
2、掌握电导率仪的使用方法
3、掌握交流电桥测量溶液电导的实验方法及其应用
二、实验内容和原理
1、电导率的概念
电导是描述导体导电能力大小的物理量,以G来表示
其中l/A为电导池常数,以Kcell来表示,к为电导率.
通常由于电极的l和A不易精确测量,因此在实验中用一种已知电导率的溶液先求出电导池的常数Kcell,然后再把欲测的的溶液放入该电导池中测出其电导值,在根据上式求出其电导率.
溶液的摩尔电导率是指把含有1mol电解质的溶液置于相距为1m的两平行板电极之间的电导,以?m表示.摩尔电导率与电导率的关系为
在很稀的溶液中,强电介质的摩尔电导率与其了、浓度的平方根成直线函数.用公式表示为：
若通过浓度的平方根与摩尔电导率作图,外推即可求得无限稀释时的摩尔电导率.
惠斯登电桥基本原理
如图所示的电路图中,
实验中,通过调整电桥上的示波器,使得通过其上的电流为零,即表明C点和D点的电势相等,可以等到如下关系:
亦即
通过调节电桥臂的比值,就可以得出Rx的值.
三、主要仪器设备
仪器：音频振荡器1台；示波器1台；电导率仪；电导池；铂电极1支；转盘电阻箱3只；恒温槽装置1套；50mL移液管4支；100mL容量瓶4个
试剂：0.02mol/dm3标准KCl溶液,0.1mol/dm3标准醋酸溶液
四、操作方法和实验步骤
1、溶液的配制
用0.02mol/L的KCl溶液配制不同浓度的KCl溶液,其浓度分别为0.02、0.02/2、0.02/4、0.02/8、0.02/16.并分别做好标记,放入25℃的恒温槽中备用.
2、电路的连接
按照上图连接好电路图.注意需要按照电路图中ABCD四个点来连线.
3、测定不同浓度的KCl溶液的电阻
将电极插入溶液中,按照浓度依次升高的顺序分别测定5个溶液的电阻值.将电桥臂按照1：1、1：2、1：3三种形式进行测量.记录测定出来的数据.
4、用电导率仪来测定自来水和去离子水的电导率
首先对于使用高调还是低调进行估计和判断,如果电导率大于300×10-4S/m,则使用高调,反之则使用低调.在测量之前首先要校准,即在校准档将指针调至最大.测量时同样要注意从大量程向小量程调,最终达到精确.
五、实验数据记录和处理
25℃时0.02mol/dm3KCl溶液的电导率为0.2765S/m
1、电导池常数
R1/? R2/? R3/? R/? G/S Kcell/S?m-1
1 1000 1000 222 222 4.50×10-3 61.444
2 1000 2000 446 223 4.48×10-3 61.719
3 1000 3000 666 222 4.50×10-3 61.444
Kcell平均 61.536
2、25℃时的结果
KCl浓度/mol?L-1 KCl浓度mol/m3 KCl浓度平方根次数 R1/W R2/W R3/W R/W G/S k/ S?m-1 ∧m/S?m2?mol-1
0.02/16 1.25 1.118033989 1 1000 1000 3322 33220.0003010 0.018522 0.0148176
2 1000 2000 6645
3 1000 3000 9965
0.02/8 2.5 1.58113883 1 1000 1000 1702 1704 0.000587 0.036122 0.0144488
2 1000 2000 3410
3 1000 3000 5118
0.02/4 5 2.236067977 1 1000 1000 844 880 0.0011364 0.06993 0.013986
2 1000 2000 1690
3 1000 3000 2538
0.02/2 10 3.16227766 1 1000 1000 447 447.5 0.0022346 0.137508 0.0137508
2 1000 2000 895
3 1000 3000 224
0.02 20 4.472135955 1 1000 1000 226 226.80.0044092 0.271325 0.0135663
2 1000 2000 453
3 1000 3000 114
以KCl浓度的平方根对∧m作散点图并进行线性回归分析得到如下图形：
3.的计算
通过图所拟合的线性回归方程可知,当 =0时,∧m=0.015 S?m2?mol-1,即
=0.015 S?m2?mol-1
六、实验结果与分析
查阅KCl溶液的标准值为0.01499 S?m2?mol-1
则可以计算其相对误差Er=|0.01499-0.015|/0.01499=0.667‰
七、讨论与心得
1、实验中不必扣除水的电导.因为经测定,实验所使用的去离子水的电导与待测溶液的电导相差几个数量级,因此不会对实验结果产生很大的影响.
2、溶液配制时的问题：溶液时由大浓度向小浓度一瓶一瓶稀释过来的.一旦某一瓶配制出现偏差,则将影响到后面的几瓶,因此在溶液配制的时候要及其小心,我认为这也是影响实验准确性的一个很重要的因素.
3、浓度较小时,信号不明显,即某个电阻改变一个大阻值,其示波器的变化不大,可能会导致大的偏差.
思考题：
1、如何定性地解释电解质的摩尔电导率随浓度增加而降低?
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.
2、为什么要用音频交流电源测定电解质溶液的电导?交流电桥平衡的条件是什么?
答：使用音频交流电源可以使得电流处于高频率的波动之中,防止了使用直流电源时可能导致的电极反应,提高测量的精确性.
3、电解质溶液电导与哪些因素有关?
答：电解质溶液导电主要与电解质的性质,溶剂的性质,测量环境的温度有关.
4、测电导时为什么要恒温?实验中测电导池常数和溶液电导,温度是否要一致?
答：因为电解质溶液的电导与温度有关,温度的变化会导致电导的变化.实验中测电导池常数和溶液电导时的温度不需要一致,因为电导池常数是一个不随温度变化的物理量,因此可以直接在不同的温度下使用.
电导率仪是实验室电导率测量仪表，它除能测定一般液体的电导率外，且能满足测量高纯水的电导率的需要。仪器有0~10mV讯号输出，可接自动电子电位差计进行连续记录。测量原理：在电解质的溶液中，带电的离子在电场的影响下，产生移动而传递电子，因此，具有导电作用。其导电能力的强弱称为电导度S 。因为电导是电阻的倒数，因此，测量电导大小的方法，可用两个电极插入溶液中，以测出两个极间的电阻R 。据欧姆定律，温度一定时，这个电阻与电极的间距L(cm)成正比，与电极的截面积A(cm)反比。即：
(1)对于一个电极而言，电极面积A与间距L都是固定不变的，故是个常数，称电极常数，以Q表示，故(1)式可写成：
(2)式中：称电导率，以K表示，由(1)式知其单位是。因此， (2)式变为。
(3)在工程上因这个单位太大而采用其或作为单位，称，或。
(4)式中：Rx——液体电阻Rm——分压电阻。
【电导的测定及应用】
由(4)式可见，当E，Rm及Q均为常数时， K的变化必将引起Em作相应的变化。所以，通过测量Em的大小，也就测量得液体电导率的高低。仪器的电讯元件全部安装在面板上，电路元件集中的安装在一块印刷板上，印刷板被固定在面板之反面。K：高周，低周开关;：电极常数调节器;：校正，测量开关;：校正调节器;：量程选择开关;：电容补偿调节器。Kx:：电极插口;：10mV输出插口。K：电源开关;XE：氖灯。