北京化工大学-2电导率.ppt

2020 4 21 作业 第四版 4 5 11 13第五版第七章2 3 7 9预习 第七章7 47 57 6 2020 4 21 1 电解池定义 电解池是利用电能来发生化学反应的装置 特点 电能 化学能 内部电流方向高电势 低电势2 原电池定义 电池是利用化学反应产生电流的装置 特点 化学能 电能 内部电流方向低电势 高电势 7 1电解池 原电池和法拉第定律 2020 4 21 电解质溶液内部有正负离子定向迁移 电极与电解质溶液界面上分别发生氧化还原反应 电荷转移 一个电极放正电 另一个电极放负电 导电停止溶液显中性 不带电 结果实现了化学能和电能之间的转换 电解质溶液的导电机理 2020 4 21 1 阴 阳极 阴极 发生还原反应的电极 阳极 发生氧化反应的电极 2 正 负极 正极 电势高的电极 负极 电势低的电极 3 正 负极与阴 阳极的关系 电解池 阴 负 阳 正 原电池 阴 正 阳 负 易混淆 电极的区分与名称 2020 4 21 法拉第定律1 文字表述 每通过96485 309C的电量 在电解质溶液中任意一电极上 发生得失1mol电子的电极反应 同时与得失1mol电子相对应的任意一电极反应的 相应物质的 物质的量是1mol 1mol电子的电量称为1F 1F Le 96485 309C mol 12 数学表达式 Q nF3 说明 法拉第定律是由实践总结出来的 法拉第定律适用于电解池 也适用于原电池 当有1mol电子的电量通过AgNO3溶液时在阴极有1molAg沉淀 当有1mol电子的电量通过CuSO4溶液时在阴极有1mol 1 2Cu 沉淀 2020 4 21 7 2离子的迁移数 一 离子的电迁移现象1 电迁移 离子在电场作用下的运动 正离子 迁向阴极负离子 迁向阳极 2 特点 Q Q Q 二 离子迁移数某种离子迁移的电量与通过电解质溶液的总电量之比 称为离子迁移数 用t表示 2020 4 21 三 离子电迁移率1 电迁移率 离子在指定溶剂中电场强度为1V m时的运动速度 用u表示 单位为 m S 1 V m 1 m2 S 1 V 1 2 u与t关系 t u u u t u u u 2020 4 21 1 Hittorf法 在Hittorf迁移管中装入已知浓度的电解质溶液 接通稳压直流电源 这时电极上有反应发生 正 负离子分别向阴 阳两极迁移 小心放出阴极部 或阳极部 溶液 称重并进行化学分析 根据输入的电量和极区浓度的变化 就可计算离子的迁移数 通电一段时间后 电极附近溶液浓度发生变化 中部基本不变 四 测定迁移数的方法希托夫法 界面移动法 2020 4 21 Hittorf法中必须采集的数据 1 通入的电量 由库仑计中称重阴极质量的增加而得 例如 银库仑计中阴极上有0 0405gAg析出 2 电解前含某离子的物质的量n 起始 3 电解后含某离子的物质的量n 终了 4 写出电极上发生的反应 判断某离子浓度是增加了 减少了还是没有发生变化 5 判断离子迁移的方向 2020 4 21 离子迁移数计算 2020 4 21 例题 在Hittorf迁移管中 用Cu电极电解已知浓度的溶液 通电一定时间后 串联在电路中的银库仑计阴极上有析出 阴极部溶液质量为 据分析知 在通电前其中含 通电后含 试求和的离子迁移数 2020 4 21 解法1 先求的迁移数 以为基本粒子 已知 阴极上还原 使浓度下降 迁往阴极 迁移使阴极部增加 2020 4 21 解法2先求的迁移数 以为基本粒子 阴极上不发生反应 反应不会使阴极部离子的浓度改变 电解时迁向阳极 迁移使阴极部减少 2020 4 21 解法3 先求的迁移数 以为基本粒子 已知 2020 4 21 如果分析的是阳极部的溶液 基本计算都相同 只是离子浓度变化的计算式不同 2 阳极部先计算迁移数 阳极部不发生反应 迁入 1 阳极部先计算的迁移数 阳极部Cu氧化成 另外是迁出的 2020 4 21 在界移法的左侧管中先放入溶液至面 然后小心加入HCl溶液 使面清晰可见 2 界面移动法 通电后 向上面负极移动 淌度比小 随其后 使界面向上移动 通电一段时间后 移动到位置 停止通电 界移法比较精确 也可用来测离子的淌度 根据毛细管的内径 液面移动的距离 溶液的浓度及通入的电量 可以计算离子迁移数 2020 4 21 设毛细管半径为 截面积 与之间距离为 溶液体积 迁移的电量为 的迁移数为 在这个体积范围内 迁移的数量为 2020 4 21 3 电动势法 在电动势测定应用中 如果测得液接电势值 就可计算离子的迁移数 以溶液界面两边都是相同的1 1价电解质为例 由于HCl浓度不同所产生液接电势的计算式为 已知和 测定 就可得和的值 2020 4 21 1 当某电解质溶液通过2法拉第电量时 在阴 阳极上各发生 摩尔的化学反应 若阴 阳离子运动速度相同 阴 阳离子分别向阳阴极迁移 法拉第电量 2 用0 5法拉第的电量 可以从CuSO4溶液中沉淀出 gCu 3 电解水产生氧气和氢气时 若外电路通过了0 4mol的电子 则 A 阳极产生0 2mol的氧气B 阴极产生0 2mol的氧气C 阳极产生0 2mol的氢气D 阴极产生0 2mol的氢气 2020 4 21 7 3电导率和摩尔电导率 电解质溶液的导电能力 一 电导电阻的倒数 用G表示 G 1 R 单位S或 1二 电导率 电阻率的倒数 1 定义 对具有均匀截面的导体 电导与导体的截面积A成正比 与长度l成反比 即G A l 比例系数 称为电导率 或 两平行板电极相距1m 截面积为1m2的电解质溶液的电导为电导率 2 单位 S m 13 与c有关 强电解质 c N u or 弱电解质 c对 影响很小 2020 4 21 c HCl KOH KCl HAc LiCl 2020 4 21 影响电导率的因素 1与电解质的本性有关 2温度升高 电导增加 3浓度的影响 先大后小 2020 4 21 三 摩尔电导率1 定义 在距离1m的平行板电极之间放入1mol电解质溶液的电导叫摩尔电导率 用 m表示 2 单位 计算 推导过程略 单位 S m2 mol 1计算 m C 注意 C单位为mol m 3 2020 4 21 3 m与c的关系 而 与c有关 m与c有关 m HCl NaOH HAc 1 强电解质 c m uB 稀浓度范围内 呈线性关系 Kohlrausch经验规则 2 弱电解质 m c近似双曲线 稀浓度范围内 m对c十分敏感 c N 所以 m不是电解质的本性 为什么引入 m m指1mol电解质的导电能力 当全电离时 正负离子均有1mol 这为不同电解质比较导电能力奠定了基础 2020 4 21 2020 4 21 4 极限摩尔电导率 定义 c 0时 m 意义 m 代表离子间无静电作用时1mol电解质的 最大 导电能力 所以 m 是电解质导电能力的标志 m 298K 可查手册 强电解质 m 的可由试验外推 2020 4 21 基本单元的选取 摩尔电导率必须对应于溶液中含有1mol电解质 但对电解质基本质点的选取决定于研究需要 例如 对溶液 基本质点可选为或 显然 在浓度相同时 含有1mol溶液的摩尔电导率是含有1mol溶液的2倍 为了防止混淆 必要时在 m后面要注明所取的基本质点 2020 4 21 四 摩尔电导率的测量 Measurementof m m与其他电学量一样 可通过基本电学量I U R Q等的测量求得 不同点是应在电导池中测量 原理 其中c已知 求 R Weston电桥测 l A 电导池常数 Cellconst 由某个 已知的溶液 KCl 测其电阻求得 可见 m的测量方法为 选电导池 注入某KCl标准溶液 测R KCl 查 KCl 用该电导池测Rx 现在多用电导率仪直接测 2020 4 21 几种类型的电导池 电导池电极通常用两个平行的铂片制成 为了防止极化 一般在铂片上镀上铂黑 增加电极面积 以降低电流密度 2020 4 21 电导测定的装置 电导测定实际上测定的是电阻 常用的韦斯顿电桥如图所示 AB为均匀的滑线电阻 为可变电阻 并联一个可变电容以便调节与电导池实现阻抗平衡 M为放有待测溶液的电导池 电阻待测 I是频率在1000Hz左右的高频交流电源 G为耳机或阴极示波器 2020 4 21 五 摩尔电导率的决定因素 Thedecisivefactorsof m 设含1mol电解质的溶液中的离子数 电荷数 为N 两种离子的u不同 为电离度 而 代表离子数目 u u 代表离子电迁移快慢 适用于任意电解质溶液 对强电解质溶液 1 上式记作 则 m m 2020 4 21 R 150 00 同一电导池中盛以0 01mol dm 3HCl R 51 40 试求0 01mol dm 3HCl溶液的电导率 和摩尔电导率 m 解 从表7 2查得25 时0 01mol dm 3KCl的 0 140877S m 1由Kcell G R求出Kcell 0 140877 150 00 21 13m 1 HCl Kcell G kcell R 21 13 51 40 0 4111S m 1 m c 0 4111 10 00 0 04111S m2 mol 1 例 25 时 一电导池中盛以0 01mol dm 3KCl 2020 4 21 或 因同一电导池 电导池常数相等 故 2020 4 21 1 电解质溶液的摩尔电导率与浓度的关系实验发现 弱电解质与强电解质的摩尔电导率随浓度的变化规律 如图 强电解质在稀溶液范围内遵从直线关系 无限稀释摩尔电导率由直线外推至时之截距 A 常数与直线的斜率 与温度 溶剂 电解质性质有关 7 4离子独立运动定律 2020 4 21 2 Kohlrausch离子独立运动定律在无限稀释溶液中 离子彼此独立运动 每种离子对的贡献不受其他离子存在的影响 电解质的可以认为是正 负离子摩尔电导率之和 数学表达式 离子独立运动定律可写为 对1 1型电解质 分别表示 在无限稀释溶液中 正 负离子的摩尔电导率 应用 根据离子独立运动定律 可以利用强电解质无限稀释摩尔电导率来计算弱电解质无限稀释摩尔电导率 2020 4 21 二 弱电解质的 m 计算 三 无限稀释离子的摩尔电导率1 m 与 的关系 m m 2 测定 小结 一 强电解质的 m 计算 2020 4 21 总结 电解质溶液中的概念 电解质 离子 本性 G mG G t t u u m u u 理解每个量的意义 测量和它们的相互关系 哪些可直接查手册 2020 4 21 7 5电导测定的应用 电化学方法 准 快 便于仪器化 电导法 以电导为手段研究具体问题 应用广泛 一 计算弱电解质的电离度和电离平衡常数对于弱电解质 m 全部电离 离子间无作用力 m 部分电离 离子间有作用力若电离度比较小 离子浓度比较低 则相互作用力可忽略 导电能力全部决定于电离度 m m 1 1型 MA M Ac 1 cyc cyc cy 2020 4 21 上式称为Ostwald稀释定律 当 越小 该式越正确 以 对1 m作图 斜率 可求出电离平衡常数Kc 实验测定 m 由离子独立运动定律计算 m 可通过上两式求出 Kc 2020 4 21 例题125 时测得浓度为0 1000mol dm 3的HAc溶液的为5 201 10 4S m2 mol 1 求HAc在该浓度下的电离度 及其电离平衡常数Kc 解查表得25 时HAc的为0 039071S m2 mol 1 因此 2020 4 21 例 将浓度为15 81mol m 3的HAc溶液注入电导池 R 655 已知Kcell 13 7m 1 H Ac 的 m 分别为349 82 10 4和40 9 10 4S m2 mol 1 求 Kcy 解 KcellG Kcell R 13 7 655 2 092 10 2S m 1 m c 2 092 10 2 15 81 1 32 10 3S m2 mol 1 m m 3 38 10 2 1 87 10 5 2020 4 21 二 难溶盐的溶度积测量难溶盐的溶解度非常小 用一般的化学定量无法测量 可用电导法 饱和浓度可认为是无限稀 则 m m C所以 C 溶解度 m 由于难溶盐的很小 必须减去H2O的电导率 联立如上三式可得c 难溶盐 2020 4 21 例题2 25 时AgCl溶液的 3 41 10 4S m 1 纯水的 1 60 10 4S m 1 求AgCl溶解度和溶度积 解 AgCl 溶液 水 1 81 10 4S m 1查表可得 m 1 383 10 2S m2 mol 1C 1 81 10 4 1 383 10 2 mol m3 1 3907 10 2m 3 mol 什么时候排除水的影响 物化实验测难溶盐的溶度积 2020 4 21 三 电导滴定 利用滴定过程中 溶液电导发生突变来确定滴定终点的方法 该法适用于有色溶液的滴定和有沉淀生成反应的滴定 例 强碱强酸电导滴定曲线 沉淀反应电导滴定曲线 NaOH滴定HCl KCl滴定AgNO3 2020 4 21 四检验水的纯度 纯水本身有微弱的解离 和的浓度近似为 事实上 水的电导率小于就认为是很纯的了 有时称为 电导水 若大于这个数值 那肯定含有某种杂质 普通蒸馏水 1 10 3S m 1二次蒸馏水 1 10 4S m 1理论蒸馏水 5 5 10 6S m 1电导水 1 10 4S m 1 2020 4 21 去除杂质的方法较多 根据需要 常用的方法有 1 用不同的离子交换树酯 分别去除阴离子和阳离子 得去离子水 2 用石英器皿 加入和 去除及有机杂质 二次蒸馏 得 电导水 普通的蒸馏水中含有和玻璃器皿溶下的硅酸钠等 不