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實驗七 水溶液的電導度

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

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實驗七 水溶液的電導度

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  1. 實驗七 水溶液的電導度 組員:49812016 劉奕緯 49812029沈紹鄆

  2. 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

  3. 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。

  4. 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 =RR: 電阻，單位 Ohm(Ω)=Volt/Ampere • 電導(Conductance)L 定義為 L= 單位 :mho，Ohm-1

  5. 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 成正比和截面積 A 成反比 R= • 電導是電阻導數，因此 L= 我們稱比例常數 為比電導 (Specific Conductance)。 • 電池常數 (Cell constant) 定義電池常數為 K= ，所以 =KL

  6. ＜ 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 而 i= ，所以 I=en (Va+Vb)A-------------(1) • 且MobilityUi=(E: 電場強度 )，將此式代入(1)式並把 E = 及 L、 的公式代入會得到下式 =CF(Ua+Ub)/1000C: 濃度，莫耳數 / 體積 (ml) F: 法拉第常數

  7. 若電解質未完全解離，其解離度為 α ，則 =αCF(Ua+Ub)/1000 定義當量電導 Λ(equivalent conductance) Λ= Λ=αCF(Ua+Ub)Λ 單位 :mho m2mole-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 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)

  8. 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 αΛ/ 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 。

  9. ＜ 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)

  10. ＜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 Λ0=(Λ +0+Λ -0) 此即為柯耳勞希離子獨立遷移定律。

  11. 公式推導(一) • 從 I=en (Va+Vb)A 推到 =CF(Ua+Ub)/1000 • 以知 Ui= 且 E= 代入 I=en (Va+Vb)A → =en(Ua+Ub)A → =en(Ua+Ub)A 由 R= 和 L= 可推得 L= 又 = 則可得 I= 代回 =en(Ua+Ub)A → =en(Ua+Ub)-------(2)

  12. 已知 e= 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 = 其中，F= ， C=mole / ml 所以 en = CF / 1000 將結果代入(2)式得 =CF(Ua+Ub)/1000

  13. 公式推導(二) 對強電解質而言，其 Λ0可用 Λ=Λ0(1–β) 來得到 將 Λ=Λ0(1–β) 乘開 → Λ=Λ0–Λ0β 此時即可用 Λ 和 作圖得到截距 Λ0

  14. 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/(KCΛ02) 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/(KCΛ02) 並經過換算得到 KC和 Λ0

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 4 HCl.CH3COOH重複實驗 =>濃度至0.001N

  20. 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)

  21. 5稀釋 2用Conductivity water清洗量瓶=>重複上述步驟

  22. 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

  23. 本次實驗儀器簡圖

  24. 示波器

  25. 示波器構造 ：

  26. 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

  27. 陰極射線管（Cathode Ray Tude） 的構造：

  28. 惠斯登電橋

  29. 數據處理 • KCl • CH3COOH

  30. KCl 由圖可知 Λ0=220.88

  31. CH3COOH 由圖可知 1/Λ0=-0.0432 則 Λ0=-23.1481 斜率 =1/=0.2514 則Kc=1/(0.2514×(-23.1481)2)=

  32. 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/Wheatstonebridge.svg • http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/db/Newscope.jpg • 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

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