基于手持技术的醋酸电离平衡常数测定

周海珠

【内容摘要】随着社会的高速发展，信息技术融入各行各业，教育行业也在不断地与信息技术进行融合。手持技术作为现代科学技术的产物，因其拥有强大的技术支持、便携、灵敏等特点，备受教育领域的青睐。手持技术仪器有温度、电导率、pH等多种传感器，可以精确的测量物理、化学、生物中相关量的变化，有利于学生对抽象知识的理解。手持技术是现代科学技术与教育结合的产物，它的使用可以提高教学效率，特别对于定量实验的研究提供了强大的技术支持。我们实验小组通过手持技术测定了同一温度下不同浓度的醋酸溶液的电离平衡常数，得出在相同温度下不同浓度的醋酸溶液的电离平衡常数基本上恒定不变。

【关键词】手持技术 PH传感器 醋酸溶液 电离平衡常数Ka

随着科技的发展，酸、碱、盐之间的离子反应在许多领域都有广泛的应用。例如，生命体内的运输系统以水溶液为主，因此离子反应也是了解生命过程的基础。在实验室内或工业反应器内，人们经常利用酸、碱和盐的离子反应来进行杂质的检出与分离和制造新的化合物。例如，利用离子反应制造纳米材料的方法已得到普遍应用。自治理水体污染时，可利用离子反应来处理水中存在的微量重金属元素或核燃料废料。而我们所要研究的醋酸电离平衡常数测定只是化学离子平衡中的冰山一角。我们实验的内容是通过手持技术使用PH传感器测量同一条件下不同浓度的弱电解质醋酸的PH值，利用数据采集器和计算机算出对应的电离平衡常数Ka值。

一、实验原理

在醋酸CH3COOH溶液中，存在醋酸和水的电离平衡，它们的电离平衡式为：CH3COOH=H++CH3COO-;H2O=H++OH-。

酸性溶液中，水的电离非常小，所以在醋酸溶液中H+和CH3COO-的离子浓度近似相等，利用公式Ka=[H+][CH3COO-]/[CH3COOH]，可计算CH3COOH电离平衡常数Ka。

二、实验仪器和试剂

实验仪器：朗威DISLab6.0数据采集器、PH传感器（含电极）、计算机、50ml烧杯（若干个），滤纸。

实验试剂：0.01mol/L CH3COOH溶液、0.05mol/L CH3COOH溶液、0.10mol/L CH3COOH溶液、蒸馏水。

三、实验过程和数据分析

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

步骤2：连接计算机、数据采集器及PH传感器。然后打开计算机，进入V6.0实验软件系统，点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器，并显示PH值窗口。

步骤3：打开“计算表格”，添加变量“C1”代表CH3COOH溶液的浓度，自定义公式“H1=1/10^（PH1）”代表氫离子浓度;自定义公式“Ka1=H1^2/C”代表乙酸电离平衡常数，选择“平铺窗口”。

步骤4：用蒸馏水淋洗PH传感器电极，并用滤纸吸干附着在电极上的水。

步骤5：向50ml烧杯中加入约20ml 0.01mol/LCH3COOH，同时将PH传感器电极放入烧杯中，使电极玻璃泡完全浸入液面以下。待PH值示数稳定后（电极的响应时间约30s），系统将自动显示CH3COOH的PH1值。

步骤6：点击“记录”后，将相应的浓度（0.01mol/L）输入表格，电脑自动计算出0.01mol/LCH3COOH的氢离子浓度及对应的电离平衡常数Ka1。

步骤7：依次向新烧杯中加入0.05mol/L CH3COOH溶液、0.10mol/L CH3COOH溶液。重复实验步骤3到步骤6即可得到相应浓度CH3COOH溶液的电离平衡常数（数据见表1）

四、结论

通过实验测定结果显示，在一定温度下，当醋酸溶液的物质的量浓度较小时，不同浓度下的pH和氢离子浓度变化较为明显，但其电离平衡常数几乎恒定不变。

五、实验注意事项

（1）本实验中溶液浓度的配制是否准确将极大的影响测定结果，因此在配制溶液时一定要保证浓度的准确性。

（2）每次测定不同溶液时都要用蒸馏水淋洗pH传感器电极，并用滤纸吸干附着在电极上的水。

（3）在实验步骤三中，添加变量c、自定义公式“H=1/10^（PH）”和自定义公式“Ka=H^2/C”时，不同浓度下的变量c、H、Ka应用1、2、3等区分开来。

（4）读pH值时，应等待pH值示数稳定后才能记录数值（电极的响应时间约30s）。

【参考文献】

[1]朗威数字化信息系统实验室化学生命科学用户手册[M].

[2]张静. 基于手持技术的中学化学教学案例及实践研究[J]，2014.

[3]黄颖洁. 基于手持技术的“离子反应”课堂教学研究[J]. 中国现代教育装备，2014，（14）： 34-35.

（作者单位：珠海市第四中学）