由复分解反应电导率变化测定电解质溶液浓度

1、课题3 由复分解反应电导率变化测定电解质溶液浓度课题概述： 复分解反应是一类基本的化学反应，许多溶液中的离子反应都属于复分解反应。当复分解反应的两个反应物恰好完全反应时，各反应物的物质的量之比即为化学方程式系数之比，因此可以根据一个已知浓度的反应物计算另一个反应物溶液的浓度。复分解反应过程中一般有沉淀、气体、水及其它弱电解质等生成，但这些都不适宜作为判断反应恰好完全进行的标志。而另一方面，复分解反应的实质是溶液中离子浓度的降低，因此可以通过监测氢氧化钡溶液与硫酸溶液反应过程中电导率变化，来寻找完全反应的等当点。 在氢氧化钡溶液中滴加稀硫酸，生成产物为硫酸钡沉淀与水。随着硫酸加入量不断增大，溶液

2、中离子浓度不断减小；当加入的硫酸恰好与氢氧化钡完全反应时，溶液中离子浓度达到最低点；再加入硫酸至过量时，溶液中离子浓度又开始增大。因此完全反应的等当点也就是离子浓度的最低点。 电导率传感器通过测量流过两个固定电极之间的电流间接测量电导率。电导率与溶液中离子的浓度有关系，离子浓度越高，溶液的电导率越大。因而电导率传感器的测量数值能说明溶液中离子浓度变化情况。教学目标： 1理解复分解反应过程中离子浓度和电导率变化情况。 2应用复分解反应过程中电导率变化情况，测定未知电解质溶液的浓度。器材准备： 实验药品：氢氧化钡溶液(0.015 mol/L 0.02mol/L)、0.0200mol/L标准硫酸溶液

3、。 实验仪器：TI83 Plus图形计算器及CBL系统、电导率传感器、电磁搅拌器、100mL烧杯、1mL移液管、25mL碱式滴定管、蒸馏水洗瓶。 实验装置：如图所示。 实验步骤：一设置传感器 1将TI83 Plus图形计算器、CBL系统按图示连接。 2将电导率传感器与CBL系统CH1通道相连；将电导率传感器的量程开关设置在020000µS范围。 3打开TI83 Plus图形计算器、CBL系统，按APPS，选择“CHEMBIO”程序，按ENTER。(见图1、2) 图1 图2 4在“MAIN MENU”菜单中选择“1：SET UP PROBES”；输入传感器数量“1”，按ENTER。(见

4、图3) 5在“SELECT PROBE”菜单中选择“6：CONDUCTIVITY”。(见图4) 图3 图4 6输入通道序号“1”；在“CALIBRATION”菜单中选择“1：USE STORED”。(见图5、6) 图5 图6 7在“CONDUCTIVITY”菜单中选择“5：H 020000 MICS”；传感器设置完成后即返回“MAIN MENU”菜单。(见图7、8) 图7 图8二电导率数据采集 1用碱式滴定管滴加20.00mL未知浓度氢氧化钡溶液于100mL小烧杯中，将小烧杯置于电磁搅拌器上并放入搅拌子。 2将电导率传感器浸入小烧杯内溶液中。 3在“MAIN MENU”菜单中选择“2：COLL

5、ECT DATA”。(见图9) 4在“COLLECT DATA”菜单中选择“3：TRIGGER / PROMPT”，预热10秒后，按ENTER。(见图10) 图9 图10 5当CBL系统显示屏示数稳定后，按CBL上的TRIGGER键，并在图形计算器上输入加入硫酸的总体积“0”。(见图11、12) 图11 图12 6在“DATA COLLECTION”菜单中选择“1：MORE DATA”。(见图13) 图13 7用1mL刻度移液管移取1.00mL 0.02mol/L硫酸溶液，注入小烧杯中，搅拌均匀。当CBL系统显示屏示数稳定后，按TRIGGER键，并在图形计算器上输入加入硫酸的总体积“1.00”

6、 mL。(见图14、15) 图14 图15 8重复6、7的操作步骤。每次按TRIGGER键后在图形计算器上输入加入硫酸的总体积，直至加入硫酸溶液的总体积达到30.00mL。 9在“DATA COLLECTION”菜单中选择“2：STOP”，即完成了数据的采集。(见图16) 图16实验结果及数据处理： 1在“MAIN MENU”菜单中选择“3：VIEW GRAPH”，所显示的就是反应过程中随着硫酸加入而溶液电导率的变化曲线。(例：见图17、18) 图17 图18 2按ENTER，在“MAIN MENU”菜单中选择“7：QUIT”。(见图19) 图19 3在主屏幕中按2nd+LIST，在“NAME

7、S”菜单中选择“1：L1”；按STOÞ；按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“3：L3”， 按ENTER。此操作将L1数组中的数据存储到L3数组中。(见图20、21) 图20 图21 4在主屏幕中按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“2：L2”；按STOÞ；按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“4：L4”。此操作将L2数组中的数据存储到L4数组中。(见图22) 图22 5按2nd+LIST，在“OPS”菜单中选择“8：SELECT(”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“1：L1”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜单

8、中选择“2：L2”；按 ) ； 按ENTER。此操作将从L1、L2数组中截取部分数据。(见图23、24) 图23 图24 6按 4至屏幕显示“x =6”时，按ENTER，将该点确定为起始点；按 4至屏幕显示“x =16”时，按ENTER，将该点确定为终点。按2nd+QUIT。此操作截取出下降段中近似于直线的一段，以便进行回归。(例：见图25、26、27) 图25 图26 图27 7按STAT，在“EDIT”菜单中选择“1：EDIT”，可以看到截取的数据自动替换了原L1、L2中的数据。按2nd+QUIT退出。(例：见图28、29) 图28 图29 8按STAT，在“CACL”菜单中选择“4：Li

9、nReg(ax + b)”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“1：L1”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“2：L2”； 按ENTER。 此操作将对L1、L2数组数据进行线性回归。得到下降段线段线性回归的方程为y = -892.518x + 14233.383，线性回归的相关系数r = -0.996。(例：见图30、31、32) 图30 图31 图32 9按2nd+STAT PLOTS，在“STAT PLOTS”菜单中选择“1：Plot1.On” (见图33) 图33 10按6移动至“Xlist：”，将其修改为“L3”； 按6移动至“Ylist：”，将其修

10、改为“L4”，按2nd+QUIT退出。(见图34、35) 图34 图35 11按2nd+LIST，在“OPS”菜单中选择“8：SELECT(”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“3：L3”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“4：L4”；按 ) 。此操作将从L3、L4数组中截取部分数据。(见图36、37) 图36 图37 12按 4至屏幕显示“x =18”时，按ENTER，将该点确定为起始点；按 4至屏幕显示“x =25”时，按ENTER，将该点确定为终点。按2nd+QUIT。此操作截取出上升段中近似于直线的一段，以便进行回归。(例：见图38、39) 图38

11、 图39 13按STAT，在“CACL”菜单中选择“4：LinReg(ax + b)”； 按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“3：L3”；按 ，；按2nd+LIST，在“NAMES”菜单中选择“4：L4”。 此操作将对L3、L4数组中数据进行线性回归。得到上升段线段线性回归的方程为y = 587.799x - 10077.203，线性回归的相关系数r = 0.996。(例：见图40、41、42) 图40 图41 图42 15计算方程组 y = -892.518x + 14233.383 y = 587.799x - 10077.203 得到x = 16.42mL 16计算氢氧化钡的

12、浓度：c(碱)V(碱) = c(酸)V(酸) c(碱) × 20.00 = 0.0200 ×16.42 c(碱) = 0.0164 mol/L实验说明： 1本实验是定量实验，因此量取氢氧化钡溶液与硫酸溶液的体积都必须用精确度较高的移液管或滴定管。 2在进行下降段线段和上升段线段线性回归时，应尽量选取靠近最低点的近似于直线的线段。这样更符合复分解反应接近等当点时的情况，得到的回归方程更可靠，计算得到的体积也更精确。思考与拓展： 1变化曲线的上升段和下降段分别说明什么？溶液的电导率和离子浓度怎样变化，为什么？ 2为什么不选取“x =17”(即消耗硫酸为17mL)的最低点作为复分解反应恰好完全进行的等当点？ 3为什么在选取下降段线段和上升段线段进行回归时，都不包含“x =17”的点？ 4重复以上实验，小烧杯中盛放硫酸，逐渐加入氢氧化钡溶液，测定随着氢氧化钡加入而溶液电导率的变化情况。 (1)对实验数据进行处理，计算未知氢氧化钡溶液的浓度。 (2)请预测两种方法求得氢氧化钡的浓度是否相同，为什么？并进行实验验证猜想。 5本实验还可用于测定哪些复分解反应中反应物浓度？请设计这些实验并验证其可行性。