Question

电解质溶液导电能力强弱与电极材料的关系

电解质溶液导电能力强弱与电极间的距离 电流大小的关系

Answer 1

第三节 电导
电解质溶液的导电是由于离子迁移和电极反应的结果,有关电极反应的问题以后讨论,先说明电解质溶液的导电能力如何表示和测定以及哪些因素影响电解质溶液的导电能力.
一,电导,电导率和摩尔电导率
不同的导体具有不同的导电能力.在金属导体中银的导电能力最好,铜次之.物体的导电能力可用电阻R 或电导G 来表示.实验结果表明,
(1)R,U,I 之间服从欧姆定律,
(2)导体的电阻与其长度成正比,而与其横截面积成反比,
式中ρ是比例系数,称为电阻率,它是指长为1 m,截面积为1 m2时导体所具有的电阻,或是1 m3导体的电阻,单位为Ω.m.电导是电阻的倒数,单位为西门子,用S或Ω-1 表示.电阻率的倒数是电导率κ,式中κ也是比例系数,定义为:长为1 m,截面积为1 m2的导体的电导,或是1 m3导体的电导,单位是S·m-1.或Ω-1·m-1.(对电解质溶液来说, κ是电极面积各为1 m2,两极间相距1 m时溶液的电导)对于电解质溶液,由于浓度不同所含离子的数目不同,因而电导率也不同,因此不能用电导率来比较电解质的导电能力,需要引入摩尔电导率∧m的概念.摩尔电导率是指把含有1 mol电解质的溶液置于相距为单位距离(SI单位用1 m)的电导池的两个平行电极之间所具有的电导,以∧m表示.由于电导率κ是1 m3导体的电导,所以摩尔电导率显然是电导率乘上含1 mol电解质时溶液的体积Vm,即
式中Vm为含有1 mol电解质的溶液的体积(单位为m-3·mol-1),c为电解质溶液的物质的量浓度(单位为mol·m-3),所以∧m单位为S·m2·mol-1.
使用∧m应注意以下二点:
(1) 当浓度c的单位是以mol·dm-3表示时,要换算成mol·m-3然后进行计算;
(2) 应将浓度为c的物质的基本单元置于∧m后的括号中.如∧m(KCl),∧m(H2SO4)

二,电导的测定
电导的测定在实验中实际上是测定电阻.随着实验技术的不断发展,目前已有不少测定电导,电导率的仪器,并可把测出的电阻值换算成电导值在仪器上反映出来.其测量原理和物理学上测电阻用的韦斯顿电桥类似.
三,电导率,摩尔电导率与浓度的关系
1,电导率与浓度的关系 图7-4 电导测定示意图
强电解质溶液的电导率随浓度的增加(即导电粒子数的增多)而升高,但当浓度增加到一定程度以后,由于正,负离子之间的相互作用力增大,因而降低了离子的运动速度,致使电导率反而下降.所以在电导率与浓度的关系曲线上可能会出现最高点.
弱电解质溶液的电导率随浓度的变化不显著,因为浓度增加使其电离度减小,所以溶液中离子数目变化不大.
2.摩尔电导率与浓度的关系
摩尔电导率随浓度的变化与电导率的变化不同,因溶液中能导电的物质都为一摩尔,当浓度降低时,由于粒子之间相互作用力减弱,因而正,负离子的运动速度增加,故摩尔电导率增加.当浓度降低到一定程度之后,强电解质的摩尔电导率值几乎保持不变.
(1)总体来说,摩尔电导率随浓度的降低而增加,当浓度降低到一定程度以后,强电解质的摩尔电导率接近为一定值,而弱电解质的值仍在继续变化.
(2)在同一浓度区间内比较各种∧m值的变化,例如就NaCl,H2SO4,CuSO4互相比较,当浓度降低时,各个∧m值的变化程度不同.CuSO4变化最大,H2SO4次之,
而NaCl变化最小.这是因为2-2 价型盐类离子之间的吸引力较大,当浓度改变时,科尔劳乌施根据实验结果发现,在浓度极稀时强电解质对静电引力的影响较大,所以∧m值的变化也较大.的∧m与几乎成线性关系,且浓m 度在0.01mol·dm-3以下时, ∧ 与c之间有如下关系: 式中β在一定温度下,对于一定的电解质和溶剂来说是一个常数,将直线外推至与纵坐标相交处即得到溶液在无限稀释时的摩尔电导率(又称为极限摩尔电导率).对于弱电解质Hac,NH4OH等直到溶液稀释至0.005 mol·dm 时, ∧m与仍不成直线关即系.并且在极稀的溶液中,浓度稍微改变一点, ∧m的值可能变动很大,实验上少许误差对外推求得的m ∧∞ 值影响很大.从实验值直接求弱电解质的m ∧∞ 遇到了困难,科尔劳乌施的离子独立移动定律解决了这个问题.
强调:摩尔电导率虽然规定了电解质的量和两平行电极间的距离,但电解质溶液的电导还与正,负离子所带的电荷(或离子的价态)和离子的速度有关.因此,为了更好地比较各种电解质溶液的导电能力,还必须将离子所带的电荷和离子的速度两个因素放在同一标准下来比较.(1) 摩尔电导率∧m反映了离子能够负载的电流量,当我们比较不同电解质的导电能力时都把带有1 mol单位电荷(6.023 ×1023)的物质作为基本单元,这样负载的电流量才相同.因此,指定物质的基本单元十分重要.(2) 由于电解质溶液在
不同浓度时,离子的相互作用不同,因而离子的速度也不同,这就导致了对电导的贡献也不同.只有当浓度极稀时(c →0) ,即溶液在无限稀释时(V →∞) ,离子间的距离增大到这样的程度,以致于离子间的相互作用可以忽略.在这种情况下,各个离子速度才是个定值,它的∧m也是个定值.所以用m ∧∞ 来比较电解质溶液的导电能力是最合理的了.
四,离子独立移动定律和离子的摩尔电导率.
1,离子独立移动定律
科尔劳乌施根据大量的实验数据发现了一个规律,即在无限稀释的溶液中,每一种离子是独立移动的,不受其他离子的影响.科尔劳乌施在研究极稀溶液的∧m时得出了动定律:质都全部电离,而且离子间一切相互作用均可忽略,因此离子在一定电场作用下的迁移速度只取决于该种离子的本性而与共存的其它离子的性质无关.
(1) 无限稀释时,每一种离子是独立移动的,不受其它离子的影响.即在一定温度下,任何一种离子对∧∞m 都有恒定的贡献,即离子的∞ 均为一定值.
(2) 由于通电于溶液后,正,负离子共同分担电流,因而电解质的∧∞m应是正,负离子单独对电导的贡献,即离子摩尔电导率∧∞m 的简单加和.
2,离子的摩尔电导率
如某电解质MxNy
根据离子独立移动定律,在极稀的HC1 和极稀的HAc溶液中,λ∞m (H+)
是相同的.即在一定温度和一定溶剂中,只要是极稀溶液,同一种离子的λ∞m都是同一数值,而不论另一种离子是何种离子.利用有关强电解质的∧∞m 或离子的λ∞可求出一弱电解质的∧∞m .而离子的∧∞m 值可从求离子的迁移率(离子淌度)得.