基于手持技術(shù)的醋酸電離平衡常數(shù)測(cè)定

周海珠

【內(nèi)容摘要】隨著社會(huì)的高速發(fā)展，信息技術(shù)融入各行各業(yè)，教育行業(yè)也在不斷地與信息技術(shù)進(jìn)行融合。手持技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，因其擁有強(qiáng)大的技術(shù)支持、便攜、靈敏等特點(diǎn)，備受教育領(lǐng)域的青睞。手持技術(shù)儀器有溫度、電導(dǎo)率、pH等多種傳感器，可以精確的測(cè)量物理、化學(xué)、生物中相關(guān)量的變化，有利于學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解。手持技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與教育結(jié)合的產(chǎn)物，它的使用可以提高教學(xué)效率，特別對(duì)于定量實(shí)驗(yàn)的研究提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。我們實(shí)驗(yàn)小組通過手持技術(shù)測(cè)定了同一溫度下不同濃度的醋酸溶液的電離平衡常數(shù)，得出在相同溫度下不同濃度的醋酸溶液的電離平衡常數(shù)基本上恒定不變。

【關(guān)鍵詞】手持技術(shù) PH傳感器 醋酸溶液 電離平衡常數(shù)Ka

隨著科技的發(fā)展，酸、堿、鹽之間的離子反應(yīng)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，生命體內(nèi)的運(yùn)輸系統(tǒng)以水溶液為主，因此離子反應(yīng)也是了解生命過程的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)，人們經(jīng)常利用酸、堿和鹽的離子反應(yīng)來(lái)進(jìn)行雜質(zhì)的檢出與分離和制造新的化合物。例如，利用離子反應(yīng)制造納米材料的方法已得到普遍應(yīng)用。自治理水體污染時(shí)，可利用離子反應(yīng)來(lái)處理水中存在的微量重金屬元素或核燃料廢料。而我們所要研究的醋酸電離平衡常數(shù)測(cè)定只是化學(xué)離子平衡中的冰山一角。我們實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是通過手持技術(shù)使用PH傳感器測(cè)量同一條件下不同濃度的弱電解質(zhì)醋酸的PH值，利用數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)算出對(duì)應(yīng)的電離平衡常數(shù)Ka值。

一、實(shí)驗(yàn)原理

在醋酸CH3COOH溶液中，存在醋酸和水的電離平衡，它們的電離平衡式為：CH3COOH=H++CH3COO-;H2O=H++OH-。

酸性溶液中，水的電離非常小，所以在醋酸溶液中H+和CH3COO-的離子濃度近似相等，利用公式Ka=[H+][CH3COO-]/[CH3COOH]，可計(jì)算CH3COOH電離平衡常數(shù)Ka。

二、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：朗威DISLab6.0數(shù)據(jù)采集器、PH傳感器（含電極）、計(jì)算機(jī)、50ml燒杯（若干個(gè)），濾紙。

實(shí)驗(yàn)試劑：0.01mol/L CH3COOH溶液、0.05mol/L CH3COOH溶液、0.10mol/L CH3COOH溶液、蒸餾水。

三、實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)分析

步驟1：配制0.01mol/L CH3COOH溶液、0.05mol/L CH3COOH溶液、0.10mol/L CH3COOH溶液。

步驟2：連接計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器及PH傳感器。然后打開計(jì)算機(jī)，進(jìn)入V6.0實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)，點(diǎn)擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別所接入的傳感器，并顯示PH值窗口。

步驟3：打開“計(jì)算表格”，添加變量“C1”代表CH3COOH溶液的濃度，自定義公式“H1=1/10^（PH1）”代表氫離子濃度;自定義公式“Ka1=H1^2/C”代表乙酸電離平衡常數(shù)，選擇“平鋪窗口”。

步驟4：用蒸餾水淋洗PH傳感器電極，并用濾紙吸干附著在電極上的水。

步驟5：向50ml燒杯中加入約20ml 0.01mol/LCH3COOH，同時(shí)將PH傳感器電極放入燒杯中，使電極玻璃泡完全浸入液面以下。待PH值示數(shù)穩(wěn)定后（電極的響應(yīng)時(shí)間約30s），系統(tǒng)將自動(dòng)顯示CH3COOH的PH1值。

步驟6：點(diǎn)擊“記錄”后，將相應(yīng)的濃度（0.01mol/L）輸入表格，電腦自動(dòng)計(jì)算出0.01mol/LCH3COOH的氫離子濃度及對(duì)應(yīng)的電離平衡常數(shù)Ka1。

步驟7：依次向新燒杯中加入0.05mol/L CH3COOH溶液、0.10mol/L CH3COOH溶液。重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3到步驟6即可得到相應(yīng)濃度CH3COOH溶液的電離平衡常數(shù)（數(shù)據(jù)見表1）

四、結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果顯示，在一定溫度下，當(dāng)醋酸溶液的物質(zhì)的量濃度較小時(shí)，不同濃度下的pH和氫離子濃度變化較為明顯，但其電離平衡常數(shù)幾乎恒定不變。

五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）本實(shí)驗(yàn)中溶液濃度的配制是否準(zhǔn)確將極大的影響測(cè)定結(jié)果，因此在配制溶液時(shí)一定要保證濃度的準(zhǔn)確性。

（2）每次測(cè)定不同溶液時(shí)都要用蒸餾水淋洗pH傳感器電極，并用濾紙吸干附著在電極上的水。

（3）在實(shí)驗(yàn)步驟三中，添加變量c、自定義公式“H=1/10^（PH）”和自定義公式“Ka=H^2/C”時(shí)，不同濃度下的變量c、H、Ka應(yīng)用1、2、3等區(qū)分開來(lái)。

（4）讀pH值時(shí)，應(yīng)等待pH值示數(shù)穩(wěn)定后才能記錄數(shù)值（電極的響應(yīng)時(shí)間約30s）。

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（作者單位：珠海市第四中學(xué)）