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《电导法测定醋酸电离平衡常数实验的改进_周钢》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第6期大学化学2004年12月化学实验电导法测定醋酸电离平衡常数实验的改进周钢兰叶青(南京农业大学理学院化学系南京210095)摘要从理论上论述和比较了原实验装置和自制改进的新仪器在电导法测定醋酸弱电解质电离平衡常数时的优缺点,并对实验结果进行了比较。新仪器不仅操作简单,而且测定结果精确,精密度高。在大学物理化学实验中,以电导法测定弱电解质的电离平衡常数实验普遍采用硒整流器或直流稳压电源向蜂鸣器传输一个5~6伏相对稳定的直流信号,由蜂鸣器将接收到的直流信号转换为一组不规则的锯齿波,并以脉冲信号的形式提供给工作电桥的方法。该方法比用电[1]
2、导仪或pH计直接测定的方法原理上更清楚,便于学生学习、理解和掌握。我校在该实验中所用工作电桥由ZX21型旋转式电阻箱R(以下简称可调电阻),941W1617型学生型电位计中内置总阻值为1000滑线电阻RAB(以下简称滑线电阻)以及待测电导池的电阻RX组成,如图1。根据电桥平衡原理,当电桥达到平衡时(此时DC两点的电位相等,DC之间无电流通过。用于检测信号的耳机中应听不到蜂鸣声,如用示波器检测,则显示屏上原来显示的锯齿波波形基本上收敛成一条水平直线),有:图1工作电桥示意图RxRAC=RRBCRx=R(RBC/RAC)Gx=1/Rx=1/(R(R
3、AC/RBC))以上各式中R为电阻,G为电导。由于原工作电桥的局限性,上述两种现象(耳机发出的音响基本消失和示波器采集到的最终波形基本上收敛成一条水平直线)无法圆满实现,导致实验结果与文献值有一定差距,因此对仪器进行了改进。以下从理论和实验结果对原装置与改进后的新仪器加以比较和论述。1信号源对测试结果(检测效果)的影响蜂鸣器发出的是一组不规则锯齿形脉冲信号,由于该波形上半周与下半周的不对称性,以及脉冲信号的冲击效应,所以实验时无论怎样调节可调电阻R的阻值和滑线电阻中RAC段的阻值,都无法在检测装置示波器显示屏上观察到一条理想的水平直线。这是因为D点和C点之间始
4、终存在电势差,即没有达到真正意义上的电桥平衡,最终只能在波形振幅最小时记录相21世纪高等学校农林专业化学基础课程的创新与实践基础化学课程体系子课题35关数据。经改用1000Hz正弦信号发生源为工作电桥提供1000Hz正弦波后,由于示波器采集到的正弦波波形对称且连续性好,检测效果明显改观,最终波形基本上可收敛成一条水平直线。2阻抗电桥对测试结果(检测效果)的影响为了防止电解而改变电解质溶液浓度以及极化作用影响改变溶液的电导,故采用交流信号。对交流信号而言,电导池相当一个介质损耗较大的电[2]容器。任何一个电容器都有功率损耗并可以等效于一个理想电容器和一个
5、无感电阻的串联或并联组合,如图2所示。若测量大容量或介质损耗较小的电容器,可用串联接法的电容电桥;而测量小容量或介质损耗较大的电容器图2电容器的等效参量示意图[3]时,通常用并联接法的电容电桥。电容和电阻在交流电的作用下存在相位差,原工作电桥为四臂单电桥(图1),用来测定电导池阻值时不可避免地受到阻抗的影响,导致实验中无论怎样调节可调电阻R的阻值及滑线电阻RAC的阻值,都无法在示波器采集到理想的水平直线。解决的办法是在可调电阻R两端串联或并联电容器对电导池等效理想电容器部分进行有效补偿。由于电导池相当一个介质损耗较大的电容器,所以测量时采用并联接法的电容电桥(图
6、3)。图3并联接法的电容电桥示意图在满足醋酸电离平衡常数测定实验要求的前提下,首先在测试状态下,测出实验中所用各种试剂的电容值,见表1。表1各种试剂不同浓度时的电容值C/pFf/HzT/K溶液c/(molL-1)电导池常数为0.93时电导池常数为1.07时KCl0.01000150017000.02575851000298HAc0.0501702150.100295350获得测定数据后,选取一个1300pF的定值电容器C1(配以开关K)和一个0~600pF的可调电容器C2,分别与可调电阻R并联(图4)。当测电导池常数(KCl溶液)时,接通开关K
7、,此时系统电容值在1300~1900pF区域之间连续可调;当测HAc电离平衡常数时,断开开关K,此时系统电容值在0~600pF区域之间连续可调。经上述处理后的分段电容电桥,不但能满足实验要求,而且图4电容补偿电路示意图有效地排除了电导池等效理想电容对测试结果的干扰。实验过程中通过适当调节可调电阻R和滑线电阻RAC段的阻值以及可调电容器的电容值,在信号采集的过程中,便可在示波器上获得一条理想的水平直线。363屏蔽效应对测试结果(检测效果)的影响原实验装置各部件之间皆采用接线柱固定、护导线连接的方法。值得一提的是示波器采集测试信号
