Exp7

Report
實驗七 水溶液的電導度
第七組
組員: 49912016 謝汶珊
49912017 李怡萱
組員分工
謝汶珊 實驗目的、實驗原理及公式推導
李怡萱 儀器、步驟、作圖及數據處理
實驗目的
•以惠斯登電橋(Wheatstone Bridge)
測電解質水溶液的導電度。
•了解強電解質和弱電解質的導電行為。
實驗原理
 電導(Conductance) , L
一般情形下 (導電)
• 遵守歐姆定律

•
=
通過的電流 ∝ 所加的電壓

• 電導 =  =
1

單位 : ℎ,ℎ−1
均質且導電方向的截面積不變  ∝
•
•

R=


L=

l

  比電導 (Specific Conductance)
電池常數
• K=


→  = KL




  =  →  =  →  = 
水溶液電導
• 導電→離子移動所造成的。
• 假設溶液中有+ 、− 兩種離子,在dt時間內通過的電量為dQ
• dQ = e × n  +  A × dt
i=


I = e × n  +  
  → + 的速度
 e → 一個電子的帶電量
  → − 的速度
 A → 截面積
 n → 單位體積的粒子數
公式推導

1 
 
 =  = 
=
=

 
 
 I = e × n  +  
1

=
 ×   +   ×



=  ×   + 

 Mobility  =
 E=
1
=  ×   + 





= e × n  + 

= e × 0 ×
 + 
0 
F × C  + 
=
1000
 F = e × 0


0

= 1000

0
=



→  /1000 =
0


未完全解離
• 解離度為α →  =   +  /1000
 定義當量電導 Λ ( equivalent conductance )
 = 1000


  + 
→ =
=

1000
1000
→  =   + 
 單位 : mho 2  −1
 為一莫耳的溶液,至於相距1cm的兩平行電極間所具有的電導。
強電解質與弱電解質的導電行為
強電解質
• 濃度趨於無限稀時 →  → 1, → 0
 = 0 1 −  
• 濃度趨於無限稀時 ,離子間相互作用很小
→電導的貢獻分成 cation & anion


  (0  0 )
弱電解質
• 濃度趨於無限稀時,  → 0
But!!!  會隨著C有巨大變化 → 不易決定弱電解質的0
通常以強電解質的 0 決定弱電解質的 0


  (0  0 )
C3  → 3 − +  +
0 3  =

=
0
0
3 − +
3 − + 
0 (
0
+)
+ + 
0
 − + 
= 0 3  + 0  − 0 
0
+ − 
0
+ − 
0
 −
• 弱電解質的解離離子很少,故離子間作用力很小。
 & 和濃度無關

α≈
0


0
=
  +
  +
 由實驗測得,強電解質的數據求得0 → 得解離度α
弱電解質的解離常數
以C3 為例,解離平衡 :
C3  → 3 − +  +
解離度為α
1−α
α
 + 3 −
2
 =
=C
C3 
1−
儀器:
1.惠斯登電橋(Wheatstone Bridge):
當 R1‧RX = R2‧R3
BD間的電流為0
※本實驗使用交流電
時
需同時按住
2.示波器:
本實驗中用於觀察
交流電的振幅變化
調波的位置
調波的振幅
3.可變電阻:
千位
百位
十位
個位
電源供應器
裝置連接圖
※電極使用前需先用砂紙磨亮
藥品:
1. Conductivity water
2. 0.02M KCl (100ml)
3. 0.02M HCl (100ml)
4. 0.02M CH3COOK (100ml)
5. 0.05M CH3COOH (100ml)
分子量(g/mol)
密度(
)
熔點(℃)
沸點(℃)
HCl
36.46
1.18
-27.32
110
KCl
74.551
1.987
776
1420
98.15
1.57
292
60.05
1.049
16.5
118.5
步驟:
1.配置溶液:
KCl: 0.02M → 0.005M → 0.00125M
HCl: 0.02M → 0.005M → 0.00125M
CH3COOK: 0.02M → 0.005M → 0.00125M
CH3COOH: 0.05M → 0.0125M → 0.003125M → 0.000178125M
※CH3COOH需稀釋三次,其餘三種只須稀釋兩次
2.測電阻值(由低濃度到高濃度)
數據處理:
KCl.HCl. 3 的求法:
由0.02M KCl 的R和課本給的 L 求出
L
1
R 
R  L
L  KL
   L
3 
電阻R
電導L
0.02M
40
0.025
0.005M
0.00125M

1000 L
C
 
 
比電導 L 當量電導 

K
0.06643
1
0.001661
83.03875
0.141421
143
0.006993 0.000465
92.91049
0.070711
554
0.001805 0.00012
95.92924
0.035355
 對  作圖
CH3COOK
3 
98
96
當量電導
94
92
90
88
y = -124.11x + 100.87
R² = 0.9884
86
84
82
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16

由圖可知,當C趨近於0時,3  的0 為100.87
3 有另外一種求法
解離常數  = C
把α =
2
1−

代入可得到
0
1
移項後可得

=
=
1

 0 2 1
2
[0 0 − ]
+
1
0
y=mx+b
1
1
1
對作圖可得斜率為
2 ,截距為

 0
0
即可求得0 、
0.05M
144
0.006944 0.000461326
9.226528
0.223607 0.108383 0.461326
0.0125M
316
0.003165 0.000210225
16.81797
0.111803
0.003125M
770
0.001299 8.6274E-05
27.60769
0.055902 0.036222 0.086274
0.000781M
1200
0.000833 5.5359E-05
70.85973
0.027951 0.014112 0.055359
比電導
電導L
當量電導
圖表標題
3 


0.05946
截距 = 0.00107 =
可得0 = 934.579
0.1
座標軸標題

電阻R
0.12
1

1
3 
0.210225
1
0
0.08
0.06
1
 0 2
把0 代入可得  =5.3 × 10−6
斜率 = 0.2158 =
y = 0.2158x + 0.0107
R² = 0.9723
0.04
0.02
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
座標軸標題
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45

0.5
參考資料
• 物化實驗課本
• http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%83%A0%E6%9
6%AF%E7%99%BB%E6%A9%8B
• https://www.google.com/search?q=%E6%83%A0
%E6%96%AF%E7%99%BB%E9%9B%BB%E6%A9%
8B&hl=zhTW&rlz=1C1FDUM_enTW503TW503&tbm=isch&
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