实验99　pH法、电导率法、滴定曲线法测定醋酸的电离平衡常数

实验目的

掌握pH法、电导率法、滴定曲线法测定醋酸电离平衡常数的原理与方法；学会pH计的使用方法；学习电导率仪的原理与使用方法。

实验原理

醋酸是常见的一元弱酸之一，假设醋酸的初始浓度为c₀，醋酸的电离度为α，并忽略水的电离平衡的影响，则对醋酸在水中的电解作物料平衡如下：

醋酸的电离平衡常数的表达式为

式中：c₀为醋酸的初始浓度；x为平衡时醋酸溶液中H^＋、Ac^－的浓度，x＝c_Ac－＝c_H＋；α为醋酸的电离度。

在一定温度下，利用酸度计可以测定溶液的pH值，而pH＝－lgc_H＋，因此，如果已知某醋酸溶液的初始浓度c₀，并且利用酸度计测定了该溶液的pH值，通过计算就可求出醋酸的电离平衡常数K值。

除用测溶液pH值来确定K值外，还可通过测溶液的电导率来求算K值。对于弱电解质来说，某浓度的电离度等于该浓度时的摩尔电导率与无限稀释摩尔电导率之比，即

摩尔电导率Λ_m与电导率κ的关系为

式中：V表示含有1mol电解质溶液的体积，m³；c表示溶质的物质的量浓度，mol· m^－3；Λ_m表示摩尔电导率，S·m²·mol^－1；为弱电解质的无限稀释摩尔电导率，单位与Λ_m相同。利用α与摩尔电导率关系式，式（1）可变为

电离度可通过溶液的摩尔电导率来求得，通过测定溶液的电导率κ，就可算出Λ_m，从而求得电离平衡常数。在一定温度下，弱电解质的无限稀释摩尔电导率是一定的，可以通过查表得到。表6－10列出了醋酸溶液的无限稀释摩尔电导率。

表6－10　醋酸溶液的无限稀释摩尔电导率

与此同时，还可以通过滴定曲线法测定醋酸的电离平衡常数，在体系中，当c_Ac－＝c_HAc时，有，即

lgK_HAc＝－pH

在一定温度下，如果测得醋酸溶液中时的pH值，则可计算出醋酸的电离平衡常数。用NaOH溶液滴定HAc溶液时，根据反应方程式：

HAc和NaOH应以等物质的量完全中和，若HAc的原有物质的量有一半被NaOH中和时，则剩余的HAc的物质的量正好等于生成的Ac^－的物质的量，此时c_Ac－＝c_HAc，而NaOH的用量也应等于完全中和HAc时需要量的一半。如果测得此时溶液的pH值，则可求得醋酸的电离平衡常数。利用pH计可以测得用不同量NaOH中和一定量HAc时溶液的pH值变化。如果以NaOH的体积（mL）为横坐标，pH值为纵坐标，可以作出pH－V_NaOH（mL）的曲线（见图6－19），找出完全中和HAc时NaOH的体积（V），取其一半（V/2），再从曲线中找出相对应的pH值，根据lgK_HAc＝－pH的关系，即可计算出在测定温度时HAc的电离平衡常数。

图6－19　滴定曲线

可见醋酸的电离平衡常数可以通过pH法、电导率法、滴定曲线法测定，本实验将对这三种方法分别予以介绍。

实验用品

仪器　酸度计；电导率仪；水浴恒温槽；磁力搅拌器；锥形瓶；移液管；吸量管；烧杯；酸式和碱式滴定管等。

试剂　HAc（约0.1mol·L^－1）；NaOH标准溶液（0.1mol·L^－1）；酚酞指示剂等。