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冰醋酸电离实验数据曲线全程函数构建及 解析 摘要：根据冰醋酸加水稀释导电性变化实验，在一定前提 条件下提出了贴合数据曲线全程的函数关系式，并对误差的 形成机理进行了解析。 关键词：冰醋酸电离实验；醋酸二聚体；数据曲线全程 函数 文章编号: 1008-0546 ( 201 3 ) 0 1 -00 2 1 -0 3 中图分类号：G 6 文献标识码：B doi: 10. 3 9 i s s n ? 1008 — 054 6. 2 0 13 ? 01 . 008 一、问题提出 1.冰醋酸加水稀释过程中混合物的导电性变化是中学 化学在电离理论教学过程中经常介绍的经典实验，其混合 物导电性?醋酸浓度关系曲线”也常被当作经典教学素材 加以使用，但具体的实验数据却未见太多权威报道。 2 .‘混合物导电性?醋酸浓度关系曲线”呈单驼峰形 结构，对该特殊形态曲线的形成原因，现有文献资料一般只 给予曲线的下降部分（即稀溶液区段）比较准确的定量解析, 但是对于曲线的上升部分（即浓溶液区段），则难以检索到 严谨准确的定量分析。故在冰醋酸加水稀释的过程中，离子 浓度的变化为什么会形成单驼峰形”变化曲线、能否构建 一种能涵盖实验全程的函数关系，是本研究的主要目的。 二、实验过程 1. 仪器与试剂 UA级灵敏电流计、12V直流稳压电源、lOOmL 烧杯(干燥洁净)、石墨电极(干燥洁净)、pH计； 冰醋酸(C H 3 C 0 0 H含量鼻9 9 . 0 %,密度1 . 0 5 g ? m L — 1 ,物质的量浓度约17.33 m o 1 ? L —1 )、蒸彳留水。 2 .实验步骤 (1 )测量电流通过冰醋酸、蒸憎水时灵敏电流计的电 流强度读数并记录； 测量电流通过不同浓度的醋酸溶液时灵敏电流计 的电流强度读数并记录； 测量不同浓度醋酸溶液的p H记录其最低值及其 对应溶液的物质的量浓度。 数据与绘图 醋酸溶液的p H最低可达约4 . 75、对应溶液的物质 的量浓度约为2.17 mol?L-1 ,其他实验数据记 录于表1。 有鉴于电解质溶液的导电能力与溶液中的离子浓度存 在对应关系，因此，上述曲线也基本体现了实验过程中混合 物中离子浓度的变化情况。 三、结果讨论与函数关系的建立 1 .冰醋酸的物质的量浓度 冰醋酸，CH3C00H,M ?P?=1 6. 6 3 5 °C , B?P?=117 ? 9 °C, M = 6 0 .0 5 0 , 4 9 2 g ? c m- 3 (2 0 °C) [ 1 ]□因此2 4 9 2 g ? c m- 3 (2 0 °C) [ 1 ]□ 因此2 0 °C时，冰 醋酸的物质的量浓度可做如下估算: c (CH3C00H)~ 1. 0c m— c (CH3C00H)~ 1. 0 c m— 3 1 0 0 0 cm3 4- 60 ? 三 1L~1 7.47 molL- 三 1L~1 7.47 mol L- 1 本文实验中的冰醋酸，c = 1 7 . 3 3 m o 1 ? L — 这是因为样品的纯度约为9 9 %的缘故。 2 ?纯水的物质的量浓度 纯水：d = 0? 9 9 8 2 0 3 g ? c m- 3(20 °C), M= 1 8 [ 2 ]o因此2 0工时，纯水的物质的量浓度可做 如下估算: c (H 2 0 )?0? 9 9 8 2 0 3 c (H 2 0 ) 一 1 8 g ? m o 1 — 1 4- 1 L 3.冰醋酸与水混合过程中，两者物质的量浓度的变化 情况 鉴于冰醋酸与纯水的密度非常接近，两者在混合过程中 的体积变化很小可以忽略，则向1 0 0 mL纯度为1 0 0 %的冰醋酸中加入x mL蒸馆水时，混合物的体积约为 1 0 0 + x m L ,此时： 醋酸的总物质的量浓度 c (CH3C00H) mol? L-1 (记为公式 1 ) 水的总物质的量浓度 c (H20)a m o 1 ? L — 1 (记为公式 2) 醋酸?水二元混合体系中的主要化学平衡 在忽略冰醋酸自偶电离平衡的前提条件下，醋酸?水二 元混合体系中还存在下列两个电离平衡： (1 ) CH3 C00H + H2 0H3 0++CH3 CO O- (2) 2 H 2 0 H 3 0++0 H — 与平衡(1 )相比，水的自偶电离可以忽略，即主要考 虑平衡(1),其反应平衡常数表达式如下： K 1 =(记为公式3 ) 上述反应平衡常数表达式将所有与平衡密切相关的微 粒都作为考察对象、并以其实际存在形式的物质的量浓度作 为参数项，故能适用于混溶操作全程。 将上述表达式进行简单的数学变换，得到如下表达式： =[H 2 0 ]? K 1 = Ka (CH3C00H),即 醋酸的解离常数（记为公式4） 在稀溶液中，K a （ C H 3