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實驗 ( 七 ) 水溶液的導電度

實驗 ( 七 ) 水溶液的導電度. 組員 : 49912046 負責 : 目的、原理、 大三 公式推導 林伯勳 組員 : 49912041 負責 : 儀器、操作步驟 大三 作圖與數據處理 林欣楙. Purpose: 1. 以惠斯同電橋 ( Whwatstone Bridge) 測電解質 水溶液的導電度。

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實驗 ( 七 ) 水溶液的導電度

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  1. 實驗(七) 水溶液的導電度 組員:49912046負責:目的、原理、 大三 公式推導 林伯勳 組員:49912041負責:儀器、操作步驟 大三 作圖與數據處理 林欣楙

  2. Purpose: 1.以惠斯同電橋(Whwatstone Bridge)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。 Principle: 電解質水溶液的導電行為,一般都遵守歐姆定律。 電阻(R) 單位(Ω) 定義:V = IR V/I= R

  3. 電導(L) Conductance單位:1/Ω 定義:L = 1/R 如果導電物是均質且導電方向的截面積不變, 電阻會與 導電物的長度(ℓ) 成正比,與 表面積 (A) 成反比 R = R ℓ / A 電導(L)是電阻的倒數, L = LA /ℓ(L :比電導) 電池常數(K) Cell constant 定義: K = ℓ/ A L = KL

  4. 水溶液電導 在電解質水溶液中,導電是因為離子移動所造成的 設溶液中有A+ 與 B -兩種離子 (單位時間dt所通過的電量dQ) dQ = en(Va+ Vb )Adt I = dQ /dt = en(Va + Vb ) • n=單位體積粒子數 • e=一個電子的電量 • A=導體的截面積 • Va = A+的速度 • Vb =B-的速度

  5. 比電導(L) L = CF(Ua+Ub) /1000 C:濃度 , mole/LF:法拉第常數 遷移率:Ui =Vi /E Vi=UiE 電場強度: E = V/ ℓ (V:電壓)(I:電流) (公式推導): L =LK=L(ℓ /A)= (1/R)ℓ/A =(I/V)ℓ/A = ℓ /A(1/V)I = ℓ /A(1/V)en(Va+Vb)A L = ℓ /V × en(Va+Vb) =1/E× en(EUa+EUb) =e × N0× n/ N0 (Ua+Ub) =F × C (Ua +Ub) /1000

  6. L =CF(Ua +Ub) /1000 當電解質未完全解離,其解離度為α時 L=αCF(Ua +Ub) /1000 Λ當量電導 (equivalent conductance) 定義:1mole的溶液，置於相距1cm的兩平行電極 中的電導值。

  7. (強電解質) 濃度趨於無限稀時, α趨於 1 此時Λ 趨近一定值Λ0 當濃度趨於無限稀時,離子間互相作用力很小 可把電導分成陽離子與陰離子的貢獻

  8. (弱電解質) 濃度趨於無限稀時, Λ仍趨近一定值Λ0, 但Λ會隨C作巨大的變化,所以弱電解質的Λ0是以 強電解質的Λ0為準 很弱的電解質所解離的離子很少, 所以離子的作用力很小,因此Ua、Ub可視為與濃度無關 α≒Λ/ Λ0

  9. EX. n -) nα +) nα +) nα -------------------------------------------- n(1- α) nα nα

  10. 實驗儀器 • 惠斯同電橋 • 1.克希荷夫電路定律 • B:I3-Ix+Ig=0 • D:I1-Ig-I2=0 • 2.克希荷夫第二定律 • ABD:I3R3-IgRg-I1R1=0 • BCD:IXRX-I2R2-IgRg=0 • 平衡時，Ig=0 • I3R3-I1R1=0 • IXRX-I2R2=0 • →Rx=R1I2I3R3/R1I1I2(I3=Ix,I1=I2) • Rx=R1R3/R1

  11. 示波器 原理: 利用陰極射線射出的電子被外加訊號造成 電場偏斜,而在螢光幕上顯示出訊號的波型

  12. 藥品 1.Conductivity water: 導電度低到不會干擾實驗 一般蒸餾水含太多CO2會導致過高的導電度, 可利用加熱及離子交換法去除 2. 0.02MKCl 100ml 0.02MHCl 100ml 0.02MCH3COOK 100ml 0.05MCH3COOH 100ml

  13. 實驗步驟 • 1.以蒸餾水清洗sample cell數次，注滿蒸餾水並測其電阻看是否無限大(R＞1.3x106 Ω) ，若電阻值不大 可能是sample cell 未洗淨或蒸餾水不乾淨(可加熱去除CO2) • 2.配藥 0.02MKCl 100ml 取1/4的量溶液，加 0.02MHCl 100ml 水至100ml做連續稀釋， 0.02MCH3COOK 100ml 至0.001M 取1/4的量溶液，加 0.05MCH3COOH 100ml 水至100ml做連續稀釋， 至0.0001M

  14. 實驗步驟 • 3.將第二步所配的溶液注滿sample cell，並置恆溫槽中至少3mins(25℃) • 4.調整惠斯同電橋上之可變電阻來觀測示波器之振福使其最小(I=0) • 5.蒸餾水洗淨，並由低濃度測至高濃度 • 6.記錄各溶液之電阻值→作圖

  15. 數據處理 1.Cell constant : 利用0.02M KCl計算sample cell 的 cell constant

  16. 數據處理 2.KCl ,HCl,CH3COOK(計算R、L、Λ、 ) 3.以Λ對√C做圖，並以外插法求C0的Λ 值Λ0 KCl

  17. 由外插法得知√C → 0時，Λ0為41.52

  18. 數據處理 • HCl

  19. 由外插法得知√C→ 0時，Λ0為51.587

  20. 數據處理 • CH3COOK

  21. 由外插法得知√C→ 0時，Λ0為58.128

  22. 數據處理 • 求CH3COOH的Λ0 • 弱電解質的Λ會隨著C變化，所以以強電解質的Λ０為準 = Λ0(CH3COOK)+Λ0(HCl)-Λ0(KCl) • CH3COOH＋KCl → CH3COOK+HCl • 算出Λ0

  23. 數據處理 • 第二種求CH3COOH Λ0的方法

  24. 數據處理

  25. 由圖知1/Λ0=0.0522 →Λ0=19.157 • m=1/(KcΛ02) =0.7218 • →Kc =1 /(0.7218×19.1572)=3.775ⅹ10-3

  26. 資料來源: • http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%83%A0%E6%96%AF%E7%99%BB%E6%A9%8B • http://www.phys.nthu.edu.tw/~gplab/file/13%20The%20Electrtric%20Field/2Dlines%20of%20electric%20force%20and%20electric%20field-102.pdf

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