電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)

電解質(zhì)溶液的電導(dǎo),電解質(zhì)溶液和非電解質(zhì)溶液的最顯著的差別是:前者能夠?qū)щ?,后者不能?nbsp;

電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)基本信息

中文名 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo) 所屬學(xué)科 化學(xué)

前者能夠?qū)щ娛且驗殡娊赓|(zhì)在水溶液中能夠電離,生成陽離子和陰離子,在電場作用下它們將向相反方向移動,形成電流,產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象。因此電解質(zhì)溶液是一種離子導(dǎo)體。離子導(dǎo)體還包括熔鹽、固體電解質(zhì)、離子交換樹脂膜等,所以電解質(zhì)泛指有一定離子導(dǎo)電性的物相。物體導(dǎo)電能力用電導(dǎo)L度量,電導(dǎo)是電阻的倒數(shù),單位是歐-1,也稱西(門子)。物體的電導(dǎo)與形狀有關(guān)。實驗表明,電導(dǎo)與物體的長度l成反比,與截面積A成正比:式中κ為比例常數(shù),稱為電導(dǎo)率,它表示面積為1厘米2,長度為1厘米的單元體積的物體的電導(dǎo),電導(dǎo)率的單位是歐-1·厘米-1或西/厘米。幾種典型物質(zhì)的電導(dǎo)率從上表可見,各種物質(zhì)的電導(dǎo)率可以差很多個數(shù)量級,導(dǎo)電體與絕緣體只有相對含義。例如,純水與電解質(zhì)溶液相比是絕緣體,但與玻璃相比,它又具有一定的導(dǎo)電性,因為它能電離出少量的H 和OH-。對于電解質(zhì)溶液來說,溶液的濃度對電導(dǎo)率有很大影響,圖中表示若干典型的電解質(zhì)溶液的κ與當(dāng)量濃度Ceq的關(guān)系。稀溶液的電導(dǎo)測定可達到很高的精密度,可用來檢驗蒸餾水和去離子水是否合格,電導(dǎo)法還可測量微溶鹽的溶解度、弱電解質(zhì)的電離常數(shù)和海水的總鹽度。電導(dǎo)法所得的結(jié)果是溶液的整體電導(dǎo),對一般離子的分辨能力很差,只有H 和OH-是例外。利用這一特性,可進行電導(dǎo)滴定,以分別測量混合酸中強酸和弱酸的含量。如果電導(dǎo)法與色譜法聯(lián)用,先通過離子交換樹脂柱分離各種離子,再用電導(dǎo)法測量其濃度,可以獲得精確度高的結(jié)果,此法稱為離子色譜法。 2100433B

電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)造價信息

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電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)常見問題

電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)文獻

鋰電池應(yīng)用的非水電解質(zhì)溶液 鋰電池應(yīng)用的非水電解質(zhì)溶液

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測定了一系列非水電解質(zhì)溶液的比電導(dǎo),并對某些影響因素進行了研究,從而發(fā)現(xiàn)了一些適于鋰電池應(yīng)用的非水溶劑和溶質(zhì)。

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鋰電極在非水電解質(zhì)溶液中的循環(huán)伏安行為 鋰電極在非水電解質(zhì)溶液中的循環(huán)伏安行為

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1. 電導(dǎo)和電導(dǎo)率

金屬的導(dǎo)電能力常用電阻來衡量.電阻越小,導(dǎo)電能力越強.電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力雖然也可以用電阻來衡量,但更習(xí)慣采用的是電導(dǎo).電導(dǎo)即電阻的倒數(shù).用符號G表示,

(7.4-1)

電導(dǎo)的SI單位是"西門子"(Siemens),簡稱"西",用S表示.顯然,導(dǎo)體的電導(dǎo)越大,導(dǎo)電能力越強.

因為

所以

令 κ= (7.4-2)

則 G=κ (7.4-3)

其中κ稱為電導(dǎo)率,即電阻率的倒數(shù).SI單位是"西每米"(Sm-1).對于電解質(zhì)溶液而言,式中A表示兩個相同電極中一個電極的面積,l表示兩平行電極間的距離.電導(dǎo)率則表示面積為1m2,相距1m的兩平行電極板之間包含的溶液的電導(dǎo).電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與電解質(zhì)的種類,溶液的濃度及溫度等因素有關(guān).圖7-7是幾種電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率隨濃度的變化曲線.可以看出:

(1)同溫同濃度下強酸和強堿因能解離出H+和OH-,電導(dǎo)率最大,鹽類次之.弱電解質(zhì)因為在溶液中不完全解離,電導(dǎo)率最小;

(2)不管是弱電解質(zhì)還是強電解質(zhì),其電導(dǎo)率隨濃度的變化都是先增大,越過極值后又減小.這是因為濃度增大時參與導(dǎo)電的離子數(shù)目增多,使導(dǎo)電能力增強,隨著濃度的增大,離子間的相互作用逐漸增強,反而又使導(dǎo)電能力減小減弱.弱電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨濃度的變化不明顯,是因為濃度增大時,雖然電解質(zhì)分子數(shù)增加了,但解離度卻隨之減小,溶液中離子數(shù)目變化并不大.

了解這些情況對于生產(chǎn)及科學(xué)研究中合適地選用電化學(xué)裝置中的電解質(zhì)是有幫助的.

2.摩爾電導(dǎo)率

金屬導(dǎo)體只靠電子導(dǎo)電,而且導(dǎo)體中電子濃度很高,所以只要把導(dǎo)體的幾何形狀固定了,就完全能夠顯示出各種導(dǎo)體導(dǎo)電能力的大小,電導(dǎo)率就足以反映出不同導(dǎo)體在導(dǎo)電能力上的差別.電解質(zhì)溶液則不然,它們的電荷載體是離子,各種離子的電荷數(shù)可能不同,單位體積中離子的數(shù)量(濃度)也可以不一樣,情況比較復(fù)雜.因此為了對不同電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力進行比較,除了應(yīng)規(guī)定出它們的幾何形狀之外,還要對導(dǎo)體中離子的數(shù)量作出規(guī)定,于是提出了摩爾電導(dǎo)率的概念.定義如下:

把含有1mol電解質(zhì)的溶液置于相距1m的兩平行電極板之間時所具有的電導(dǎo),叫摩爾電導(dǎo)率,用符號∧m表示.若電解質(zhì)溶液的物質(zhì)的量濃度為c(單位為molm-3),則含有1mol電解質(zhì)溶液的體積Vm為1/c,單位為m3mol-1,由圖7-8可以得到

∧m=Vmκ= (7.4-4)

∧m的單位為Sm2mol-1.據(jù)式(7.4-4),又可把摩爾電導(dǎo)率定義為單位濃度溶液的電導(dǎo)率.

由于摩爾電導(dǎo)率涉及物質(zhì)的量濃度,所以在表示電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率時,應(yīng)注明"摩爾"的基本單元.通常用元素符號或化學(xué)式表示.如298.15K時,

∧m(CuSO4)=14.34×10-3Sm2mol-1

∧m(CuSO4)=7.17×10-3Sm2mol-1

顯然,∧m(CuSO4)=2∧m(CuSO4)

在用摩爾電導(dǎo)率比較不同電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力時,除了要求溶液的溫度和濃度相同外,應(yīng)使其基本單元所帶的電荷相等.例如,要比較氯化鉀和硫酸銅溶液的導(dǎo)電能力時,應(yīng)比較同溫同濃度時∧m(KCl)和∧m(CuSO4)的大小.

圖7-9是25℃時一些電解質(zhì)在水溶液中的∧m隨的變化曲線.可以看出,無論是強電解質(zhì)還是弱電解質(zhì),∧m均隨濃度的減少而增大,但兩者的變化程度差別很大.

對于強電解質(zhì),因其在溶液中完全解離,所以在其物質(zhì)的量固定為1mol的前提下,濃度的改變對離子的數(shù)量沒有影響,但卻影響離子之間的作用力.當(dāng)濃度降低時,離子間引力減弱,離子運動速率增加,致使∧m隨濃度的減小而緩慢增加.德國化學(xué)家科爾勞施(kohlrausch)由大量實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),濃度極稀(通常c<0.001moldm-3)的強電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率與濃度的平方根有線性關(guān)系(見圖7-9中的虛線),用式子表示為:

∧m=-A (7.4-5)

式中A在一定溫度下,對給定的電解質(zhì)和溶劑而言是一個常數(shù),是直線的截距,由直線外推至與縱軸相交處得到.可見表示的是電解質(zhì)溶液在無限稀釋(c→0)時的摩爾電導(dǎo)率,故稱為無限稀釋摩爾電導(dǎo)率(又稱為極限摩爾電導(dǎo)率).是電解質(zhì)的一個特性參數(shù),反映了電解質(zhì)在離子之間沒有作用力時所具有的最大導(dǎo)電能力.

對于弱電解質(zhì),因其在溶液中部分解離,且解離度受濃度的影響,所以當(dāng)濃度降低時,雖然溶液中電解質(zhì)的數(shù)量未變,仍為1mol,但解離度卻增大了,離子的數(shù)量增多了,致使∧m隨濃度的減少而增加.當(dāng)溶液很稀時,由于解離度隨濃度的減小而迅速增大,致使∧m急劇增加,∧m與c之間不存在如式(7.4-5)的簡單關(guān)系.因此弱電解質(zhì)的無法用外推法求得,科爾勞施的離子獨立運動定律解決了這個問題.

3.離子獨立運動定律和離子摩爾電導(dǎo)率

1875年,科爾勞施在研究極稀電解質(zhì)溶液時,根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律,即在無限稀釋的溶液中,所有的電解質(zhì)全部解離,而且離子間一切相互作用均可忽略,每一種離子都是獨立運動的,不受其它共存離子的影響.因此電解質(zhì)溶液的可以認為是正負離子摩爾電導(dǎo)率λ∞ 之和,即對于任意電解質(zhì)Mν+Xν-都有下列關(guān)系式

(7.4-6)

此式稱為離子獨立運動定律,式中,分別表示正,負離子的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率.顯然,如果知道了各種離子的,則無論是強電解質(zhì)還是弱電解質(zhì),均可直接用此式計算.

離子的摩爾電導(dǎo)率可由實驗測定.下表列出了298K時無限稀釋的水溶液中一些常見離子的摩爾電導(dǎo)率.

電導(dǎo)系數(shù)和電阻系數(shù)互為倒數(shù)。對電解質(zhì)溶液來說,指電極距離為1cm,電極表面積為1cm2、中間放置1cm3的電解質(zhì)溶液時的電導(dǎo)。單位為S/cm。電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)系數(shù)與電解質(zhì)的種類、濃度和溶液的溫度有關(guān)。在一定的溫度下,特定的電解質(zhì),濃度一定,其電導(dǎo)系數(shù)也恒定。天然水體的電導(dǎo)系數(shù)是衡量水體質(zhì)量的一項重要指標(biāo),反映水體中離子總濃度及受污染的程度,但因天然水體中成分的復(fù)雜性,僅從水體的電導(dǎo)系數(shù)是不能定性解釋其離子組成和濃度的 。

電解質(zhì)溶液是指溶質(zhì)溶解于溶劑后完全或部分解離為離子的溶液。溶質(zhì)即為電解質(zhì)。具有導(dǎo)電性是電解質(zhì)溶液的特性,酸、堿、鹽溶液均為電解質(zhì)溶液。電解質(zhì)溶液是靠電解質(zhì)離解出來的帶正電荷的陽離子和帶負電荷的陰離子,在外電場作用下定向地向?qū)?yīng)電極移動并在其上放電而實現(xiàn)的。電解質(zhì)導(dǎo)電屬于離子導(dǎo)電,其大小隨溫度升高而增大。離子導(dǎo)電必定在電極界面發(fā)生電解作用,引起物質(zhì)(相關(guān)電解質(zhì))變化。通常依靠自由電子導(dǎo)電的金屬導(dǎo)體為第一類導(dǎo)體,而稱電解質(zhì)溶液和熔體為第二類導(dǎo)體。

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