理论教育 电导测量:基础化学实验技巧

电导测量:基础化学实验技巧

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:电导是电阻的倒数,电导的测定实际上是测量电阻。电桥由R1、R2、R3、Rx四个电阻组成,其中Rx代表待测溶液的电阻。常将R1/R2称为比例臂,可选择R1/R2=0.1或1.0,10等,实际应用时,R3是带刻度盘的可调电阻,且刻度盘可直接刻成溶液的电导或溶液浓度。

电导测量:基础化学实验技巧

电导是电阻的倒数,电导的测定实际上是测量电阻。它是化学中一个重要参量,不仅反映出电解质溶液中离子状态及其运动的许多信息,而且由于它在稀溶液中与离子浓度呈简单线性关系,被广泛应用于分析化学和化学动力学过程的测试中。测量电导常用交流电桥电导率仪。

1.交流平衡电桥

为避免电极极化作用,一般是用交变电流通过溶液来测定电导的。交流电桥电路如图1-8所示。电桥由R1、R2、R3、Rx四个电阻组成,其中Rx代表待测溶液的电阻。由振荡器S产生的交变电源加至电桥A、B端。示零器T通常用灵敏的耳机示波器。电容器C为补偿电容,以补偿电导池Rx的极间电容和接线分布电容对电桥正常工作的影响。测量时,调节R3使电桥平衡,此时示波器指零,此时:

图1-8 交流平衡电桥

R1、R2和R3都是已知确定值,故可得待测溶液的电阻值。常将R1/R2称为比例臂,可选择R1/R2=0.1或1.0,10等,实际应用时,R3是带刻度盘的可调电阻,且刻度盘可直接刻成溶液的电导或溶液浓度。

交流电桥法测量电导的最大优点是它在电桥平衡时进行测量的,所以它对信号源的稳定性要求不高,测量的精度取决于电阻的精度和示零器的精度。

2.电子自动平衡电桥

电子自动平衡电桥可以自动保持电桥平衡并测定和记录电阻随时间变化的值,其原理如图1-9所示。

(www.daowen.com)

图1-9 电子自动平衡电桥

当施加于电桥上的讯号源S电压固定不变时,在滑线电阻R可以找到一点B,使A,B两点电位相等,没有电位差的讯号送到放大器,放大器输出端所接的电机不转动,电动机所带动的记录笔与滑动触头也停住不动。若待测电阻Rx变化时,则原来的B点已不是电桥的平衡点,此时A、B两端就产生一个不平衡的电压讯号,经放大器放大后,驱动可逆电机转动并同步地带动滑动触头和记录笔移动,直至滑动触头移动到新的电桥平衡点为止。记录笔在记录纸上绘出曲线,且由于记录纸被另一同步电机驱动,因而记录纸上就描绘出电阻随时间变化的曲线。如果待测电阻是热电阻温度计,这种曲线还可以表示实验体系的温度随时间变化关系。

3.电导率仪

溶液的电导也可以通过测定电导率来求得。当温度一定时,待测溶液的电导G与电导率k、电极面积A、两个电极的距离l有如下关系:

定义测量电极相隔的距离和电极面积之比值(l/A)为电导池常数,单位为m-1。电导池常数是一个电导池的特征值,但要精确测定电导池中的l与A值是困难的,一般用间接的方法来求(l/A)值。将一已知电导率的标准溶液(通常用一定浓度的KCl溶液)装入电导池中,在指定温度下,测其电导值G,再根据求其电导池常数。

如果把含有1mol电解质溶液置于相距1m的电导池的两极中,这时所具有的电导为摩尔电导率Λm,单位为S·m2·mol-1,若电解质溶液的浓度为c(mol·L-1),则

因此,测定一定浓度的KCl水溶液的摩尔电导率Λm,并查得该浓度下的k值,也可求得电导池常数。电导率可以通过电导率仪来测量,详细内容参见“电导率仪的原理和操作”。

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