电解质溶液活度系数的测定

物理化学实验报告实验名称：学 号：班 级：姓 名：实验日期：

电解质溶液活度系数的测定

有色冶金

2014-3-13

一、实验目的

测定不同浓度盐酸溶液中的平均离子活度系数，并计算盐酸溶液中的活度。

二、实验原理

将理想液体混合物中一组分B 的化学势表示式中的摩尔分数 代之以活度，即可表示真实液体混合物中组分B 的化学势。

f B =a B /x B

f B 为真实液体混合物中组分B 的活度因子。真实溶液中溶质B ，

在温度T 、压力P 下，溶质B 的活度系数为：

ϒB =a B /(b B /b θ)

其中ϒB 为活度因子（或称活度系数）。

电池：Ag ，AgC l|HCL |玻璃|试液||KCL （饱和）| Hg 2Cl 2Hg

ψ

膜

ψL （液接电势）

ψ

玻璃

=ψ

A gCl /Ag

+ψ膜

ψL =ψH g Cl

2

2/Hg

上述电池的电动势：E =ψ

ψ其中：膜

=K+0.059lg a

Hg 2Cl 2/Hg

+ψ

L

-ψ

玻璃

（1）

（K 是玻璃膜电极外、内膜表面性质决定的常数）

+ψ

+ψAgCl/Ag

-K -0.11831lg a

当实验温度为250C 时E =ψ

Hg 2Cl 2/Hg

L

=K -0.11831lg a

=K-0.1183lg γm ±±

（2）

=K-0.1183lg γ

±

-0.1183lg m

±

上式可改写为：E

即lg γ±=(K -E -0.1183lg m ±) /0.1183（1）

根据得拜——休克尔极限公式，对1——1价型电解质的稀溶液来说，活度系数有下述关系式

γ

B =a B /(b B /b 0) lg γ±=-

所以

(K -E -0.1183lg m ±) /0.1183=-或

E +0.1183lg m =K +0.1183

或将不同浓度的HCl 溶液构成单液电池，并分别测出其相应的电动势E 值，以0.11831gm

为横坐标作图，可得一曲线，将此曲线外推，即可求得K 。求的K 后，再将各不同浓度m 时所测得的相应E 值代入（2）式，就可以算出各种不同浓度下的平均例子活

+-2

a Cl =a ±=(γ±m ±) 2之关系，算出各溶液中度系数γ±，同时根据a HCL =a H

HCl 相应的活度。

三、仪器药品

仪器: 离子活度计、干电池、移液管若干支； 药品: 0.1mol/L盐酸溶液。

四、试验步骤

1、溶液配制

分别配置0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.05 mol/L及0.1 mol/L溶液50mL

2、不同浓度的盐酸溶液的电动势测定

测定不同浓度HCl 溶液的E 。

五、数据记录

1、配置不同浓度的盐酸溶液所需0.1 mol/LHCl溶液如下：

2、不同浓度的50mL 盐酸溶液的电动势的测定

六、数据处理

1、根据E 值和质量摩尔浓度m 及其他值绘制曲线求K ＇值。 对于一般稀溶液来说，其密度近似等于水的密度，可以近似认为 C （mol/L）=m（mol/kg），这种近似常用于计算中。

由m = CHCl /ρ水，其中 ρ水 = 1.0 Kg/m。可计算出 E+0.1183lgm 和 。数据如下表：

3

将不同浓度的HCl 溶液分别测出其相应的电动势E 值，以 E +0.11831gm为纵坐标，为横坐标作图，将此曲线外推，求K ＇。

有图可求出K ＇= -0.5338

2、计算出各种不同浓度下的平均离子活度系数 。 将各不同浓度的m 时所测得的相应E 值代入

lg γ =1/0.1183 (k＇- E – 0.1183lgm) 可计算出各种不同浓度下的平均离子活度系数γ。 lg γ1 =1/0.1183(k＇- E1– 0.1183lgm)

=1/0.1183{-0.5338 + 0.2595–0.1183lg0.005} = -0.0177

γ1 =0.9600

lg γ2 =1/0.1183(k＇- E2– 0.1183lgm)

=1/0.1183{-0.5338 + 0.2781– 0.1183lg0.01} =-0.1614

γ2 =0.6896

lg γ3 =1/0.1183(k＇- E3– 0.1183lgm)

=1/0.1183{-0.5338 + 0.2961– 0.1183lg0.02} =-0.3103

γ3 =0.4894

lg γ4 =1/0.1183(k＇- E4– 0.1183lgm)

=1/0.1183{-0.5338 + 0.3262– 0.1183lg0.05}

=-0.5438

γ4 = 0.2829

lg γ5 =1/0.1183(k＇- E5– 0.1183lgm)

=1/0.1183{-0.5338+ 0.3654– 0.1183lg0.1}

=-0.4235

γ5 = 0.3771

+-2

3、根据公式γB =a B /(b B /b 0) 及a HCL =a H 算出各溶a Cl =a ±=(γ±m ±) 2之关系，

液中HCl 相应的活度。 由公式可计算出γB

γB1= (γ1m 1) 2= (0.9600*0.005)2= 2.304 * 10-5

γB2 = (γ2m 2) 2 = (0.6896*0.01)2= 7.562 * 10-5 γB3 = (γ3m 3) 2 = (0.4894*0.02)2= 9.580 * 10-5 γB4 = (γ4m 4) 2 = (0.2829*0.05)2= 2.000 * 10-4 γB5 = (γ5m 5) 2= (0.3771*0.1)2= 2.304 * 10-4

七、思考讨论

1、试述电动势法测定平均离子活度系数的基本原理。

答：平均离子活度系数 γ±的测定，测定 ±的方法有溶解度法、依数性法及电动势法。其中以电动势法最简便。用电动势法测电解质离子的γ±时，常利用该电解质溶液设计出一个原电池。设计此原电池的条件是：它的电池反应中只含该电解质溶液而无其它溶液。如测定HCl 水溶液HCl 的 γ±，可设计的原电池同前，由前式可得：ln=F/2RT（ Emf - + ）由此式可见，该电池的Nernst 公式中只含HCl 的活度而无其它电解度溶液的活度。

2、当实验温度接近25℃时，为何可用外推法来确定标准电动势？

答：因为在25℃时电动势E 与K ＇成线性关系，所以可以用外推法来确定标准电动势