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 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: Principle: 水溶液的導電度。 2.了解強電解質與弱電解質的導電行為。 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

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

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

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 = CF(Ua +Ub) /1000 C:濃度 , mole/L F: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

Λ 當量電導 (equivalent conductance) 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。

(強電解質) 濃度趨於無限稀時, α 趨於 1 此時Λ 趨近一定值Λ 0 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

(弱電解質) 濃度趨於無限稀時, Λ仍趨近一定值Λ 0, 但Λ會隨C作巨大的變化,所以弱電解質的Λ 0是以 強電解質的Λ 0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

EX. n -) nα +) nα +) nα --------------------------------------------

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

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

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

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

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℃) 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

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

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C 0的Λ 值Λ0 KCl Conc. (M) √C R L L bar Λ K 0.02 0.1414213 20 0.05 0.002768 138.4 0.05536 0.005 0.0707106 150 0.0067 0.00278184 556.368 0.00125 0.0353553 600 0.00167 0.002773536 2218.8288

由外插法得知√C → 0時，Λ0為41.52

數據處理 HCl Conc. (M) √C R L L bar Λ K 0.02 0.141421 15 0.0667 0.001111111 55.55555556 0.05536 0.005 0.070711 70 0.0143 0.000238095 47.61904762 0.00125 0.035355 240 0.0042 6.94444E-05

由外插法得知√C → 0時，Λ0為51.587

數據處理 CH3COOK Conc. (M) √C R L L bar Λ K 0.02 0.141421 60 0.0167 0.000922667 46.13333333 0.05536 0.005 0.070711 250 0.004 0.00022144 44.288 0.00125 0.035355 750 0.0013 7.38133E-05 59.05066667

由外插法得知√C → 0時，Λ0為58.128

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

數據處理 第二種求CH3COOH Λ0的方法

數據處理 Conc. (M) R L Λ 1/Λ CΛ 0.05 250 0.004 0.00022144 4.4288 0.225794798 0.22144 0.00125 550 0.00182 0.000100655 80.52363636 0.012418714 0.100655 0.003125 800 0.0000692 22.144 0.04515896 0.0692 0.000781 1200 0.00083 4.61333E-05 59.06956893 0.016929191 0.046133

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

資料來源: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%83%A0%E6%9 6%AF%E7%99%BB%E6%A9%8B http://www.phys.nthu.edu.tw/~gplab/file/13%20T he%20Electrtric%20Field/2Dlines%20of%20electr ic%20force%20and%20electric%20field-102.pdf