Transcript 2配置溶液
實驗七 水溶液的電導度 組員: 49812016 劉奕緯 49812029 沈紹鄆 工作分配 實驗目的----------------------沈紹鄆 實驗原理及公式推導------------劉奕緯 實驗儀器、步驟及操作方式------沈紹鄆 實驗作圖及數據處理------------劉奕緯 目的 1.以惠斯登電橋測電解質水溶液的導電度。 2.了解強電解質與弱電解質的導電行為。 實驗原理 ＜一＞電導 電導是表示一個物體或電路，從某一點到另外一點，傳輸電流 能力強弱的一種測量值，與物體的電導率和幾何形狀和尺寸有 關。 電解質的導電通常會遵守歐姆定律( Ohm’s Law )，就是通過之 電流會和所加之電壓成正比 V I =R R : 電阻，單位 Ohm( Ω ) = Volt / Ampere 電導( Conductance ) L 定義為 L= 1 單位 : mho，Ohm-1 R 如導電物是均質且導電方向之截面積不變，則電阻會與長度 l 成正比 和截面積 A 成反比 R= Rl A 電導是電阻導數，因此 L= LA l 我們稱比例常數 為比電導 ( Specific Conductance )。 L 電池常數 ( Cell constant ) 定義電池常數為 K= l A ，所以 = KL L ＜ 二＞水溶液電導 電解質水溶液的導電是由離子移動造成的，設溶液中有 A+ 、 B- 兩種 離子， A+ 的速度為 Va ; B- 為 Vb，n 是單位體積之粒子數，則在 dt 時 間內通過的電量 dQ 為 dQ = en ( Va + Vb ) Adt dQ 而i= ，所以 I = en ( Va + Vb ) A -------------(1) dt Vi 且Mobility Ui = ( E : 電場強度 )，將此式代入(1)式並把 E E= V 及 L、 的公式代入會得到下式 L l =L CF ( Ua + Ub ) / 1000 C : 濃度，莫耳數 / 體積 ( ml ) F : 法拉第常數 若電解質未完全解離，其解離度為 α ，則 =LαCF ( Ua + Ub ) / 1000 定義當量電導 Λ ( equivalent conductance ) Λ= 1000L C Λ = αCF ( Ua + Ub ) Λ 單位 : mho m2 mole-1 Λ 之定義為 : 一莫耳的溶液，置於相距1cm的兩平行電極間所具有的 電導。 對強電解質來說，濃度趨向無限稀時 α → 1，此時 Λ 趨近一定值 Λ0， 從理論可推得 C Λ = Λ0 ( 1 – β ) 因此對於強電解質， Λ0 可由 Λ 對 C 的關係得到。 在濃度 → 無限稀時，離子間相互作用很小，可將電導分成陽離子與 陰離子的貢獻 Λ = ( λ+0 + λ-0 ) 對於弱電解質而言，濃度 → 無限稀時，Λ 仍 → 一定值 Λ0 ， 但 Λ 會 隨 C 作巨大變化，因此弱電解質的 Λ0 不易決定，通常都是用強電解 質的 Λ0 為準來決定弱電解質的 Λ0 ，利用 Λ = ( λ+0 + λ-0 ) 獲得。 很弱之電解質所解離的離子很少，因此離子間的作用力很小，所以 Ua 、Ub 可視為與濃度無關，此時利用 Λ = αCF ( Ua + Ub ) 可得到 α Λ /Λ0 如從實驗中測 Λ ， 而從強電解質的數據求 Λ0 ，即可得解離度 α 。 ＜ 三＞弱電解質的解離常數 以 CH3COOH 為例，解離平衡 CH3COOH → CH3COO- + H+ 所以，當解離度為 α 時 KC = [ H+ ] [ CH3COO- ] / [ CH3COOH ] = C α2 / ( 1 - α ) ＜四＞柯耳勞希離子獨立遷移定律 ( Kohlrausch’s Law of Independent Migration of Ions ) 強電解質之無限稀釋溶液，完全解離為離子，而各離子之移動具有獨 立性，各貢獻一部分當量電導。 即強電解質 Λ0，為其陽離子之當量電導 Λ +0 和陰離子之當量電導 Λ -0 的總合 Λ 0 = ( Λ +0 + Λ -0 ) 此即為柯耳勞希離子獨立遷移定律。 公式推導(一) 從 I = en ( Va + Vb ) A 推到 以知 Ui = Vi 且E= E = CF L ( Ua + Ub ) / 1000 V l I 代入 I = en ( Va + Vb ) A → = en ( Ua + Ub ) A E Il → = en ( Ua + Ub ) A V V 1 I 由R= 和I L = 可推得 L = 又 = R V 則可得 I = 代回 LAV l Il = en ( Ua + Ub ) A → V = en (LUa + Ub ) -------(2) L Ll A 已知 e = 1.602 10 -19 C 且設單位體積為 L ，濃度C的單位為 mole / ml 則粒子數 = n = 因此 en = mole Na L 1.602 10 -19 C mole Na ml L 1000 L 其中，F = ，-19CC=mole 1.602 10 Na / ml 所以 en = CF / 1000 將結果代入(2)式得 = LCF ( Ua + Ub ) / 1000 公式推導(二) 對強電解質而言，其 Λ0 可用 Λ = Λ0 ( 1 – β 將 Λ = Λ0 ( 1 – β C來得到 ) 乘開 → Λ = Λ0 – Λ0β C 此時即可用 Λ 和 ) 作圖得到截距 Λ0 C C 公式推導(三) CH3COOH 另一種求法 由原理的地方可得到 KC = C α2 / ( 1 - α ) 和 α = Λ / Λ0 將兩式合在一起可得到 KC = C Λ 2 / [ Λ0 (Λ0 – Λ ) ] 移項整理之後可得到 1 / Λ = 1 / Λ0 + C Λ / ( KC Λ02 ) 因此我們可以用 1 / Λ 對 C Λ 作圖而得到截距 1 / Λ0 和斜率 1 / ( KC Λ02 ) 並經過換算得到 KC和 Λ0 實驗步驟 1清洗sample cell 2配置溶液 3測sample cell電阻值 4HCl.CH3COOH重複實驗 5稀釋 1清洗sample cell 用蒸餾水洗sample cell數次=>注滿蒸餾水 =>測量電阻值是否接近無限大=>假如電阻值 不大(1sample cell仍未洗淨2蒸餾水不乾 淨)=>加熱蒸餾水趕走CO2 2配置溶液 1配置0.02N KCl=>1/4濃度溶液=>稀釋直到 0.001N. 2配置0.05N CH3COOH同KCl的方法=>稀釋至0.0001N 3測sample cell電阻值 配置的溶液注滿sample cell=>至於恆溫槽 (25度)至少三分鐘=>測電阻值=>蒸餾水洗 淨=>測下一個溶液 4 HCl.CH3COOH重複實驗 =>濃度至0.001N 5稀釋 1用Conductivity water清洗100ml的量瓶.125ml的廣口瓶=>少許欲 稀釋的溶液清洗廣口瓶=>溶液倒入廣口瓶=>以少許溶液洗吸量 管=>25ml(精確)溶液自廣口瓶吸至量瓶=>加入Conductivity water 制量瓶一半的體積.充分搖動混合=>拿廣口瓶的溶液清洗 cell=>測電阻=>量完後倒掉廣口瓶溶液=>用量瓶中少許溶液洗 廣口瓶=>把量瓶溶液倒入廣口瓶(Conductivity water:導電度不 會干擾實驗的水) 5稀釋 2用Conductivity water清洗量瓶=>重複上述步驟 Conductivity water 普通的蒸餾水含太多CO2會導致過高的導度 1加熱蒸餾水去除CO2 2要更好的Conductivity water用離子交換樹酯 本次實驗儀器簡圖 示波器 示波器構造 ： 示波器原理 利用陰極射線射出的電子被外加訊號 造成的電場所偏斜,而在螢光幕上顯 示出訊號的波型 陰極射線管（Cathode Ray Tude） 的構造： 惠斯登電橋 數據處理 KCl CH3COOH KCl 由圖可知 Λ0 = 220.88 C CH3COOH 由圖可知 1 / Λ0 = -0.0432 則 Λ0 = -23.1481 2 c 0 斜率 = 1 / =K0.2514 則Kc = 1 / ( 0.2514 × (-23.1481)2 ) = 7.423410-3 參考文獻 中原大學電機工程學系碩士學位論文(技術報告) http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%B5%E5%AF%BC http://tw.myblog.yahoo.com/jw!3pqFTnyWEQHzVfxFOo7R2tM/article?mid=1565 http://www.phy.ncu.edu.tw/notes/down/view1/purpose.htm http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Wheatstoneb ridge.svg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/db/Newscope.jp g http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Tektronix_465_Oscilloscope.jpg http://www.chem.ndhu.edu.tw/files/11-1027-1461.php http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%83%A0%E6%96%AF%E7%99%BB% E6%A9%8B http://www.phy.ncu.edu.tw/notes/down/view1/purpose.htm