實驗六　醋酸電離度和電離平衡常數的測定

一、實驗目的

1.學會醋酸電離度和電離常數的測定方法。

2.學習使用酸度計。

3.鞏固滴定操作。

二、實驗原理

醋酸（CH3COOH或HAc）是弱電解質，在水溶液中存在下列電離平衡：

若c為醋酸的起始濃度；α為醋酸的電離度；［H3O+］、［Ac-］、［HAc］分別為H3O+、Ac-、HAc的平衡濃度；Ka為醋酸的電離常數，則［H3O+］=［Ac-］=cα、［HAc］=c（1-α）。

電離度：　　

電離常數：　　

已知：pH=-lg［H3O+］，所以測定了已知濃度的醋酸溶液的pH，就可求出它的電離度和電離平衡常數。

三、實驗儀器與試劑

儀器：容量瓶（50mL），吸量管（10mL），移液管（25mL），燒杯（50mL），錐形瓶（250mL），堿式滴定管（50mL），pHS-25型酸度計。

試劑：HAc（0.2mol·L-1），NaOH標準溶液（0.2000mol·L-1），酚酞指示劑。

四、實驗步驟

1.原始醋酸溶液濃度的標定

用移液管移取25.00mL待標定醋酸溶液置于錐形瓶中，加2～3滴酚酞指示劑，用NaOH標準溶液滴定至微紅色，且30s內不褪色為止。記下所用NaOH溶液的體積。再重復上述滴定操作兩次，要求三次所消耗NaOH溶液的體積相差小于±0.04mL。計算HAc溶液的濃度，將滴定數據和計算結果填入表2-8中。

2.配制不同濃度的醋酸溶液

用移液管和吸量管吸取25.00mL、5.00mL、2.50mL已測得準確濃度的醋酸溶液，分別置于三個50mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻，并計算出這三瓶醋酸溶液的準確濃度。

3.測定不同濃度醋酸溶液的pH

取以上四種不同濃度的醋酸溶液25.00mL，分別加入到4只潔凈、干燥的50mL燒杯中，按由稀到濃的次序在pHS-25型pH計上分別測出它們的pH，記錄數據和室溫。計算電離度和電離平衡常數，填入表2-9中。

注：本實驗測定Ka值在1.0×10-5～2.0×10-5范圍內合格（文獻值1.7×10-5）。

五、附注

pHS-25型酸度計的使用

酸度計是測量溶液pH最常用的儀器，它主要是利用一對電極在不同pH的溶液中能產生不同的電動勢的原理工作的。這對電極是由一支玻璃電極和一支飽和甘汞電極組成的，玻璃電極稱為指示電極，甘汞電極稱為參比電極。玻璃電極是用一種導電玻璃吹制成的極薄的空心小球，球內有0.1mol·L-1HCl溶液和Ag-AgCl電極，其電極組成為：

Ag，AgCl（s）︱HCl（0.1mol·L-1）︱玻璃︱待測溶液

玻璃電極的導電薄玻璃膜把兩種溶液隔開，即有電勢產生。小球內H+濃度是固定的，所以電極電勢隨待測溶液pH的不同而改變。在298.15K時，玻璃電極的電極電勢為：

式中，E玻璃為玻璃電極的電極電勢；為玻璃電極的標準電極電勢。

測定時將玻璃電極和飽和甘汞電極插入待測溶液中組成原電池，并連接上電流表，即可測定出該原電池的電動勢E。

待測溶液的pH為：

E甘汞為一定值，如果已知，即可由原電池的電動勢E求出待測溶液的pH。可以用一個已知pH的緩沖溶液代替待測溶液而求得。

酸度計一般是把測得的電動勢直接用pH表示出來。為了方便起見，儀器加裝了定位調節器，當測量pH已知的標準緩沖溶液時，利用調節器，把讀數直接調節在標準緩沖溶液的pH處。這樣在以后測量待測溶液的pH時，指針就可以直接指示待測溶液的pH，省去了計算步驟。一般都把前一步稱為“定位”，后一步稱為“測量”。已經定位的酸度計，在一定時間內可以連續測量許多個待測溶液。

溫度對溶液的pH有影響，可根據Nernst方程予以校正，在酸度計中已裝配有溫度補償器進行校正。

以pHS-25型酸度計為例來簡單介紹酸度計的使用，pHS-25型酸度計是一種數字顯示酸度計，采用pH復合電極，讀數穩定，使用方便。pHS-25型酸度計外形結構如圖2-14所示。

酸度計的使用方法如下。

1.儀器準備

①將復合電極夾在電極夾上，拉下電極前端的電極套。

②用蒸餾水沖洗電極，然后用濾紙吸干。

③電源線插入電源插座，按下電源開關，預熱幾分鐘。

2.定位

定位方法分為以下兩種。

（1）一種定位法用于分析精度要求不高的情況

①儀器插上電極，把選擇開關4調至pH擋。

②儀器斜率調至100％位置（即順時針旋到底的位置）。

③選擇一種最接近樣品pH的標準緩沖溶液（如：pH=7），并把電極插入這一標準緩沖溶液中，調節溫度補償器3，使所指示的溫度與標準緩沖溶液的溫度相同，并搖動燒杯，使溶液均勻。

④待讀數穩定后，該讀數應為標準緩沖溶液的pH，否則應用定位調節器1調至標準緩沖溶液的pH，定位結束。

⑤清洗電極，并吸干電極球泡表面的余水。

（2）另一種定位法用于分析精度要求較高的情況

①儀器插上電極，把選擇開關4調至pH擋，斜率調至100％位置。

②選擇兩種標準緩沖溶液（也即被測溶液的pH在該兩種標準緩沖溶液之間或接近的情況，如pH=4和pH=7）。

③把電極插入第一種標準緩沖溶液（如：pH=7），調節溫度補償器3，使所指示的溫度與標準緩沖溶液的溫度相同，并使標準緩沖溶液均勻。

④待讀數穩定后，該讀數應為緩沖溶液的pH，否則調節定位調節器。

⑤電極插入第二種標準緩沖溶液（如：pH=4或pH=9.18），搖動燒杯使溶液均勻。

⑥待讀數穩定后，該讀數應為該標準緩沖溶液的pH，否則應用斜率調節器2調至標準緩沖溶液的pH，定位結束。定位后，其定位調節旋鈕及斜率調節按鈕不應再有變動。

⑦清洗電極，并吸干電極球泡表面的余水。

3.測定pH：已定過位的儀器，可用來測量被測溶液

（1）被測溶液與定位的標準緩沖溶液溫度相同時

“定位”保持不變，將電極夾上移，用蒸餾水沖洗電極頭部，并用濾紙吸干。把復合電極浸入被測溶液中，輕輕搖動溶液使濃度均勻，在顯示屏上讀出溶液的pH。

（2）被測溶液與定位的標準緩沖溶液溫度不同時

應先用溫度計測出被測溶液的溫度值，調節溫度補償器，使指示在該溫度值上；然后，把復合電極浸入被測溶液中，輕輕搖動溶液使濃度均勻，在顯示屏上讀出溶液的pH。

六、思考題

1.測定醋酸溶液的pH時，為什么要按溶液的濃度從稀到濃的次序進行？

2.做好本實驗的操作關鍵是什么？

3.改變所測醋酸溶液的濃度和溫度，電離度和電離常數有無變化？

4.實驗時為什么要記錄溫度？