实验六难溶强电解质溶度积常数的测定 I.离子交换法测定PbC2的溶度积常数 一、实验目的 1.学习了解离子交换法测定难溶强电解质溶度积的原理和方法。 2.学会离子交换柱的装配及处理方法。 3.训练酸碱滴定的基本操作。 二、实验原理 在一定温度下，将难溶强电解质PbC2放入水中时，在溶液中即建立起一个溶解与沉淀 之间的多相离子平衡，简称溶解平衡。根据平衡原理，平衡时溶液中难溶物组分离子浓度幂 的乘积为常数，即为多相离子平衡的平衡常数，称为溶度积常数（简称溶度积，以K表 示)。严格来说，K品应为相应各离子活度的乘积，因为溶液中离子间有相互牵制作用。但考 虑到难溶电解质饱和溶液中离子强度很小，可近似地用浓度代替活度。 PbClPb2++2C1- K0,P%,=c(Pb2+)·c2(C1-) (10-30) 在无外来同离子效应的影响下，难溶强电解质PbC2饱和溶液中各组分离子浓度满足下列关 系式： 2c(Pb2+)=c(CI-) (10-31) 式(10-31)代入式(10-30)，有 K.nc,=4c (Pb+)=(CI-) (10-32) 因此，只要测得饱和溶液中一种组分离子的浓度，代入式(1032)就可求得该难溶电解质的 溶度积K9值。 本实验用强酸性阳离子交换树脂来测定饱和氯化铅溶液中Pb2+的浓度。离子交换树脂 是一种高分子化合物，其分子中含有能与其他物质的离子进行交换的活性基团。强酸性阳离 子交换树脂的H+可以与其他物质的阳离子进行交换，例如：当饱和氯化铅溶液流经装有强 酸性阳离子交换树脂的交换柱时，每个Pb2+和阳离子交换树脂上的两个H+发生交换： Pb+留在树脂上，而H+进人流出液中。这时，流出液中的H+浓度与原氯化铅饱和溶液相 比有所增加，而H+浓度的增加量与原氯化铅饱和溶液中Pb2+浓度之间存在着定量关系。 本实验采用标准NaOH溶液滴定法确定流出液中的H+浓度，并假定饱和氯化铅溶液 呈中性，即pH=7.0。这样，根据滴定终点pH=7.0时所消耗的标准NaOH溶液的体积 可以算出H+浓度，进而算出Pb2+浓度，则根据式(10-32)氯化铅的溶度积K品值可求。 -1-
三、仪器与试剂 1.仪器 25mL移液管1支；50mL碱式滴定管1支：离子交换柱1根：铁架；铁夹；滴定管夹， 螺旋夹；洗耳球：100mL和250mL锥形瓶各1个；温度计(0~100℃)1支。 2.试剂 NaOH标准溶液(0.0500mol/L左右，准确浓度由实验室给出)；强酸型离子交换树脂 (约50目)：盐酸溶液(1.0mol/L)；HNO,溶液(0.1mol/L):溴百里酚蓝溶液(0.1%的 溴百里酚蓝溶于20%乙醇中)：pH试纸：PbC2饱和溶液。 四、实验步骤 1,装柱：在离子交换柱的底部填入少量玻璃纤维，然后将已用去离子水泡好的钠型 (一RN)离子交换树脂用去离子水调成糊状，注人离子交换柱内。如果水太多，可打开螺 旋夹让水慢慢流出：但要保证在装柱过程中柱内水面始终高于树脂，这样可防止树脂中 进入气泡。 2.转型：即将钠型树脂完全转变为氢型树脂，以保证PbC,饱和溶液中的Pb2+完全被 H+代替。用20L盐酸溶液以每分钟40滴的流速流过离子交换树脂，然后用去离子水淋洗 树脂，直到流出液呈中性（用pH试纸检验）。 3.交换和洗涤：测量并记录PbC:饱和溶液的温度。用移液管准确量取25mL PbC2饱和溶液注人离子交换柱中，控制交换柱流出液的速度为每分钟20一25滴，不 宜太快。用洁净的锥形瓶承接流出液，待PbC2饱和溶液的液面接近树脂柱的上界面 时，用约50mL去离子水分批洗净离子交换树脂，以保证所有被交换下来的H+都被淋 洗出来。流出液一并承接在锥形瓶中，直至流出液呈中性。在整个淋洗过程中应注意 勿使流出液损失。 4.滴定：在所得的全部流出液中加入？~3滴溴百里酚蓝指示剂，用标定过的NaOH溶 液滴定至终点（溶液由黄色转为蓝色，pH变色范围是6.2~？.6），准确记录滴定前后滴定 管中NaOH标准溶液的体积读数。 5.再生：用20mL不含CI的0.1mol/LHNO3溶液浸泡离千交换树脂，可使之再生 (可由实验室统一处理)。 五、数据与结果 室温： PbCl2饱和溶液用量：VPbCL, mL NaOH标准溶液浓度：c(NaOH)= mol/L 滴定前滴定管中NaOH溶液的体积数：V。= 滴定后滴定管中NaOH溶液的体积数：V1= mL NaOH标准溶液的用量：V一Va= mL 流出液中H+的物质的量 mmol PbC2饱和溶液中Pb2+的物质的量= mmol PbCl2饱和溶液中Pb2+浓度：c(Pb2+)= mol/L PbC2饱和溶液中CI浓度：c(C1) mol/L PbC2的溶度积常数Kp.P%,=c(Pb2+)·c2(C-) -2
六、思考题 1.本实验中离子交换树脂的根本作用是什么？ 2.为什么要将淋洗流出液合并在PbC12交换流出液的锥形瓶中？为何要除去水中CO2? 3.为什么要精确量取PbCl2饱和溶液的体积，准确计算标准NaOH溶液的消耗体积， 而流出液的准确体积不做测量？ 附录： 1.PbCl2溶解度参考数据（表10-5） 表10-5PbCh溶解度参考数据 度/代 溶解度/(mol/L) 海度/℃ 溶解度/(mol/儿) 2.42X10-1 25 3.74×10-2 15 3.26×10-2 35 4.73×10-? 2.PbC2饱和溶液的制备 将过量PC2(分析纯)溶于煮沸除去CO2的去离子水中，经过充分搅动并放置，使溶解 达到平衡。使用前记录饱和溶液的温度，并用干燥的定量滤纸过滤，滤液接收在干燥容器中。 I,电动势法测定Cu(IO)z的溶度积常数 一、实验目的 1.学习了解电动势法测定难溶强电解质溶度积的原理和方法」 2.学会电位差计的使用方法。 二、实验原理 在难溶电解质的饱和溶液中存在着多相离子平衡，其中溶液中的离子浓度幂的乘积为一 常数，称为溶度积。例如，在Cu(IOs)2的饱和溶液中有： Cu(IO3)2(s)-Cu2++210 其溶度积为： Kp,Cao,=c(Cu2+)·c2(105） (10-33) 若测出难溶电解质饱和溶液中相应的离子浓度，就可以计算其溶度积。溶液中的离子与其相 对应电对可以组成一个电极。电极的电势与离子的浓度存在一定的关系，它们可以用能斯特 方程表示。例如，25℃时金属铜与铜离子组成的电极的电极电势(Eccu)为： Ecc-c+9959IgLc(Cu+)] (10-34) 可见，溶液中的离子浓度可以通过对其相应电极的电极电势或相应电池的电动势的测定 来确定。 根据以上关系，将难溶电解质饱和溶液组成相应的电池，待难溶电解质的溶解与电极反 应都达到平衡后，测定电池的电动势，这样就可以计算难溶电解质的溶度积。例如，测定 Cu(IO)2的溶度积时可组成如下电池 (-Cu,Cu(IO3)2(s)|IO Il Cu2+Cu(+) -3
电极反应为： 正极 Cu2++2e--Cu 负极Cu(s)+2IO5 —Cu(I03)2(s)+2e或Cu(s)-Cu2++2e 25℃时的电极电势为： 正极 Ec"心=院”c+059g[c(Cu+)]+ (10-35) 负极 Eco59Le(Cu)] (10-36) 由式103)得：C+)-长0学，代入式036)得： B0网we=B品a+g长00 (10-37) 式(10-35)域去式(10-37) 2 -0g23lecce+1.+2le[rci0c5刀-leKp6nm,}10s8 式(10-38)中等号的左端Ec2+心m一E,心为上述电池的电动势E。若电池中c(Cu2+)- 0.1000mol/L,c(1O5)=0.1000mol/L,则由式(10-38)可得： 1gKe.c0.=-(0.059十3 三、仪器与药品 1.仪器 电位差计及附件：干燥洁净的100mL烧杯数个，纯铜箔一片；量简。 2.药品 CuSO·5H2O(固体)：KIO3(固体)；CuSO4溶液(0.1000mol/L):KIO3溶液 (0.1000mol/L)饱和氯化钾盐桥。 四、实验步骤 1.称取K1O35.4g,CuS04·5H203.1g,分别置于100mL烧杯中，各加去离子水 50mL,加热溶解。然后，将两溶液混合，搅拌至Cu(IO3)2沉淀生成，继续搅拌1~2min 至沉淀全部析出，加热煮沸，冷至室温，过滤，用少量去离子水洗涤沉淀2一3次，备用。 2.用量简量取0.10o0mol/LCuS0:溶液和0.1000mol/LKI0,溶液各30mL于干燥洁 净的烧杯中，在K1O3溶液中加入上述制得的全部Cu(1O3)2沉淀，加热，充分搅拌，使溶 解达到平衡。 3.待沉淀沉降冷却至25℃后，在上述两烧杯中分别插人用稀盐酸处理过的、光亮无锈、 洗净擦干的纯铜箱一片，并用氯化钾盐桥将两烧杯连接组成原电池。用电位差计测定电池的 电动势，并计算Cu(IO,)2的溶度积。 数据与结果： 室温： ℃ 实验测定的原电池电动势：E一 Kp,Cu10,2=
五、思考题 试推导出本实验中利用电动势求得溶度积常数的参数方程 1gKp.cu0=-(62058+3 2 备注： Cu(IO)2·H2O为白色或蓝色的粉状物，大颗粒呈淡蓝色。为确保Cu(IO)2饱和溶 液中2c(Cu2+)=c(IO5),实验中采用新制的Cu(IO3)2沉淀。 Ⅱ，电导法测定难溶电解质的溶度积 一、实验目的 1.了解电解质溶液导电的基本概念。 2.了解测定溶液电导的方法，学会和掌握电导仪的使用方法。 3.用电导法测定硫酸钡的溶度积。 二、实验原理 电导是电解质溶液导电能力的大小，与电流流经溶液的长度成反比，与面积成正比： G=x·()=瓷 式中，G为电导，单位为西门子，简称西(S):a为面积(m2):l为长度(m)；x为电导 率(S/m),电导率的意义是单位面积、单位长度所构成的导体单元的电导；K=l/a为电导 电极常数，也称电导池常数(m1). 为测定电导电极常数，一般的方法是配制标准溶液，如KC1水溶液。已知25℃时 0.01mol/LKCl的电导率为0.1413S/m;0.001mol/LKC1的电导率为0.01469S/m。用电 导池测定上述溶液的电导，由下式计算电导池常数： K=芒 定义摩尔电导率： Am=k 10-3 式中，c为浓度(mol/L)。摩尔电导率是指把含有lmol电解质的溶液置于相距1m的两个 电极之间的电导。它可以量度1ol电解质的导电能力。当溶液趋向于无限稀时称为极限摩 尔电导率，以A。表示。在一定温度下，A只与组成该电解质（此时完全电离）的离子的 特征有关。强电解质的可用外推法得到。各离子的极限摩尔电导率可以根据离子独立移 动定律求得。 难溶盐在水中的溶解度很小，其浓度不能用普通的滴定方法测得，但可用电导法求得， 知道了溶解度即可算出溶度积。例如求BaSO4的溶度积，可测定BaSO,饱和溶液的电导率 Kal,由于溶液电导很小，s0,应是a减去溶剂水的电导率H,0· KaS0,=Kol一KH,0 从摩尔电号率的定义式Aa,=a,10二得 cam~20d 式中，c是BaSO,的溶解度(mol/L);km,so,是BaSO,饱和溶液的摩尔电导率，由于溶液 极稀，可用ABs0,代替(Am,ms0,25℃时为2.87X10-2S·m2/mol)。 -5-
测定溶液电导的方法有交流电桥法与电导仪法，本实验使用DDS-11A数显电导率仪， 其线路方框图见图10-16。 三、仪器与试剂 恒温槽(-一套)；DDS11A数显电导率仪（一台）；电导电极（一支）；100mL锥形瓶 (3支)，25mL移液管(3支)：50mL移液管(1支)；0.001mol/LKC1溶液（公用）：饱和 硫酸钡溶液（公用）；去离子水。 四、实验步骤 1.恒温槽恒温至(25.0士0.1)℃ 2.测定电导电极常数K 取适量0.001mol/L的KC标准溶液于l00mL干燥的锥形瓶中，放入恒温槽恒温。将 电导电极用蒸馏水小心冲洗拍用滤纸吸干，放人锥形瓶中，使电导电极（铂片）完全浸没在 溶液中。恒温5min后，测其电导值，重复三次取平均值，然后将电导电极小心取出用蒸馏 水冲洗并用滤纸吸干备用。 3.测定BaSO,饱和溶液的电导 (1)将适量的BaSO04饱和溶液置于100mL锥形瓶中，将电导电极浸没于溶液中，恒温 5min测其电导，重复三次取平均值，计算溶液电导率kol· (2)将适量蒸馏水置于锥形瓶内，恒温5min测其电导，重复三次取平均值，计算水的 电导率H,0。 五、数林理 1.计算电导电极常数（温度25℃） 电导半e/(S/m) 电导G/S 电导池常数K/m1 2.计算BaS04的溶度积。已知25℃时Kp文献值为1.1×10-10，Ams0,为2.87× 10-2S·m2/mol。要求测得的Kp与文献值同数量级(5×10-1~5×10-10)。 电争G/S BaSO,饱和溶液电导率/(S/m)BaSO,溶解度c/(mol/L)BaSO,溶度积K 六、思考题 1.电解质溶液的电导、电导率、摩尔电导率各与哪些因素有关？为了研究溶液的导电 性质为什么必须定义电导率和摩尔电导率？ 2.测定溶液电导为什么不能用直流电？