實驗五 溶液的稀釋與導電性

實驗五 溶液的稀釋與導電性

一、目的

藉由溶液的稀釋學習各式吸量管的操作，並且測量稀釋溶液及未知 濃度溶液的導電度，以求得待測液的濃度。

圖 5-1 使用吸量管吸取溶液 圖 5-2 Micropipet

圖 5-3 使用 Micropipette 吸取溶液 圖 5-4 使用電導度計

二、原理

溶液的稀釋為由濃溶液中吸取若干毫升後，加入去離子水稀釋以擴 增溶液的體積，稀釋前所取的濃溶液中溶質的毫莫耳數與稀釋液中溶質 的毫莫耳數相等。

濃溶液體積莫耳濃度的計算︰

固態溶質秤重配製濃溶液﹕ ^F.W._V^{  M}

  



) (





L 體積, 溶液

每莫耳 溶質克數

W_溶質克數

濃溶液的稀釋與稀溶液體積莫耳濃度的計算﹕

M^濃溶液 × V^濃溶液 = M^稀溶液 × V^稀溶液

溶 液 依 其 導 電 與 否 分 為 電 解 質 (electrolyte) 與 非 電 解 質 (nonelectrolyte)。非電解質溶液為溶質(solute)在溶劑(solvent)中不會解離 成離子，仍然以分子形式存在，所以不導電。電解質溶液則是溶質在溶 劑中會解離成陽離子(cation)和陰離子(anion)；溶質如果為 100％解離，

則此溶液為強電解質(strong electrolyte)，溶質的解離小於 100％，則此溶 液為弱電解質(weak electrolyte)。

電解質的導電性係溶液攜帶電流能力的衡量。電解質溶液在電場的 影響下，藉離子的移動而傳導電流，其導電性與金屬導體一樣，遵循歐 姆定律(Ohm’s law)，德國物理學家歐姆(Georg Simon Ohm，1787~1854) 於 1862 年提出如下的歐姆定律(Ohm’s law)，「通過導線的電流強度與導 線兩端的電壓成正比，而與導線的電阻成反比。」

即電流(i)=

) R (

) E ( 電阻

電壓

單位：電流-安培(Ampere，A)，電壓-伏特(Voltage，V)，

電阻-歐姆(Resistance，Ω)

電解液中施與電壓(電動勢，E)則與電解質中兩極間的電流i成正比，

與 電 解 質 溶 液 的 電 阻R 成 反 比 。 電 阻 的 倒 數 /R ， 稱 為 電 導 (G ， conductance)，其單位以Ω的倒數(Ω

1

-1)或姆歐(mho)表示之，G=1/R( Ω^-1， mho )。溶液所觀察的電導(G)與兩極間的距離d成反比，與其面積A成正 比：

G=R 1 =κ

d

 A ∴ κ = G A

 d =

A d R1 

溶液的導電性，由所有存在於溶液中的離子所共同提供，決定於每 單位容量溶液中的離子數目，以及此等離子在所施電壓影響下移動的速 度 。 當 電 解 質 溶 液 被 稀 釋 時 ， 上 列 方 程 式 中 的 比 電 導(κ ， specific conductance，conductivity)將降低，在每cm³溶液中攜帶電流的離子較少。

電極係數 K(cell constant)與兩白金片間的截面積(A)成反比，與兩白 金片間的距離(d)成正比。

K = A

d (cm^-1)，則κ = G K ∴G = K



本實驗中將學習各種吸量管(pipette)的認識與操作，有容積型吸量管 (Volumetric pipette) ， 莫 耳 型 吸 量 管 (Mohr pipette) ， 血 清 型 吸 量 管 (Serological pipette)與微量型吸量管(Micropipette)。藉由使用適當的吸量 管吸取濃溶液後，加入去離子水配成各種不同濃度的稀釋液，這些稀釋 液待測的物理性質為比電導值 κ(specific conductance，conductivity)。因 此，需學習電導度計的正確操作步驟及注意事項，並由電極的校正步驟 (後面詳述)中得到所使用電極的電極係數 K，將所測得稀釋液的比電導 值 κ 除以電極係數 K 即得到此溶液的電導值 G。稀釋液的電導值對濃度 作圖，可得一校正曲線(calibration curve)，再測未知濃度待測液的比電導 值(κ)除以電極係數 k 換算成電導值後，利用內插原理即可得此待測液的

三、藥品

1. 氯化鉀(Potassium chloride, KCl_(aq))：每組配 1.5 M，50 mL，秤取 5.5875 g KCl_(S)，加去離子水溶解後稀釋到 50 mL體積量瓶的標線。

四、器材

A. 抽屜拿出：

1. 燒杯：50 mL 2. 試管：10 支

3. 玻璃體積量瓶：50 mL

B. 助教發配，實驗後歸還：

1. 微量型吸量管

2. 莫耳型吸量管：10 mL 3. 血清型吸量管：5 mL 4. 安全吸球

5. 體積量瓶：10 mL，25 mL

C. 其他器材：

1. 電導度計( conductivity meter ) 2. 拭鏡紙

3. 試管架

※

Pipette 的使用：

<第一種>微量吸量管( Micropipette )：P1000

1. 適用體積為 200~1000 L，欲設定之體積切勿超出此範圍。

2. 吸取溶液時，釋放按鈕不可過快，以免溶液衝入吸管柱內而腐蝕或阻塞 活塞。

3. 微量吸量管每次注出溶液後即應去除 tip，且應保持垂直，不可橫放。

0 7 5

表示為 0.75 mL，

即為 750 L

Tip

排放溶液 排掉最後一滴溶液 吸取溶液

排放氣體

<第二種>各式吸量管(pipette)：

1. 使用吸量管時，切勿將溶液吸入安全吸球中，以免污染溶液。

2. 吸取不同溶液時，務必確實清洗吸量管，以免污染溶液而導致實驗誤 差。

3. 吸取溶液時，釋放按鈕不可過快，以免溶液衝入安全吸球內而腐蝕或阻 塞安全吸球。

血清型吸量管

10 10

容積型吸量管

莫耳型吸量管

※儀器操作說明

電導度計：SC170

<1>前面板說明：

MODE HOLD 顯示數值 TEMP.

MANU CELL. AUTO

CONST.



COEFF.



1. 調整鈕：TEMP. COEFF.：溫度係數調整鈕 CELL. CONST.：電極係數調整鈕

2. 按鍵：POWER：電源開關，開啟後自動進入測量檔。

MODE：功能切換按鍵。測量→電極係數→溫度→溫度係數→測量 HOLD：鎖定顯示螢幕數值按鍵，按下時顯示螢幕左上角會出現〝HOLD〞

字樣，數值鎖定不變，再按一次則恢復正常。

MANU

AUTO ：測量範圍切換鍵。

AUTO→20.00μs/cm→200.0μs/cm→2000μs/cm→20.0 ms/cm

→200.0 ms/cm→2000 ms/cm→AUTO

<2>背面板說明：

 

Power:9V DC

battery1 or 9V12V AC/DC Adaptor black

zero red A.T.C. Recorder Power Output

Cell

1. Power：9 V~12 V AC/DC Adaptor 插座 2. Recorder Output：記錄輸出插座，4mm pin 3. A.T.C.：自動溫度補償探棒插座

4. Cell：電極插座 5. Zero：零點調整鈕

<3>電導度計的操作步驟與注意事項：

1. 電極的校正(即校正電極係數)：

(1) 標準液配製：精秤 0.7456 克 KCl 以去離子水配至 1 升，即為 0.01 M 氯 化鉀標準溶液。(亦可與藥品商購買標準液！)

(2) 按〝POWER〞鍵開啟電源，不使用 A.T.C.探棒。

(3) 零點的調整：乾燥電極置於空氣中，調整背面板之 zero 鈕，至螢幕顯 示 0.00。

(4) 按〝

MANU

AUTO 〞鍵至螢幕出現〝Auto〞，將電極放入標準液中。

(5) 測量此標準液的溫度，對照表得知標準液在此溫度的比電導值( κ )。調

〝Cell Const.〞鈕至該值。

(6) 按〝MODE〞鍵至顯示螢幕左方出現〝C＝〞，此時顯示數字即為電極係 數。

2. 溶液比電導值( κ )之測量：

(1) 將已校正後之電極以去離子水沖洗，並以拭鏡紙擦乾。

(2) 按〝MODE〞鍵至顯示螢幕為 0.00。

(3) 將乾淨電極放入待測溶液中，此讀數即為溶液之比電導值( κ )。

3. 注意事項：

(1) 電極的保存：乾燥保存，小心使用避免撞擊。

(2) 每測完一個樣品需用去離子水清洗電極，並以拭鏡紙吸乾殘餘水分。

※安全吸球使用方法：

安全吸球

1. 2.

排放氣體 吸取溶液

3. 4.

排放溶液 排掉最後一滴溶液

五、步驟

A. 1.5 M KCl(aq) 50 mL之濃溶液的配製 1. 將秤量紙置於天平上，再度歸零。

2. 精秤 5.5875 g KCl 粉末(儘量吻合到小數下二位)，記錄至 0.0001 g。

3. 將此粉末倒入 50 mL 燒杯中，加少許去離子水以玻棒攪拌使其溶解。

4. 以漏斗盛接，將此溶液沿著玻棒倒入 50 mL 體積量瓶，以少許去離子 水潤洗燒杯與玻棒，再將此沖洗液倒入體積量瓶。

5. 加去離子水，直到溶液體積接近體積量瓶的標線，除去漏斗，以滴管 加入去離子水至體積量瓶的標線，蓋上瓶蓋搖晃均勻，此即為 1.5 M KCl 濃溶液。

B. 稀釋液的配製

1. 取 9 支乾淨的試管以奇異筆標上 1~9。

2. 備好 3 個 50 mL 的乾淨燒杯，標上 10~12。

3. 將微量吸量管刻度調於 026，吸取 260 μL 的 KCl 濃溶液放入 10 mL 體積量瓶，以滴管加去離子水至標線。

4. 溶液混合均勻後，將此溶液倒入標號 1 的試管中。

5. 依照步驟 Part B 的步驟 3~4，分別吸取下列體積，稀釋後放入各標號 試管。

試管標號 2 3 4 5 6

濃溶液

體積(V₁) 430 μL 580 μL 730 μL 730 μL×2

(730 μL 取兩次)

730 μL×3

(730 μL 取三次)

稀釋後

6. 使用 5 mL 或 10 mL 吸量管吸取下列濃溶液體積後放入體積量瓶，加 去離子水稀釋至標線，混合均勻後再倒到各標號的試管或燒杯中。

試管標號 7 8 9 10 11 12

濃溶液體積

(V₁) 3.4 mL 6.5 mL 9.6 mL ^{編號7 之溶} 液取 5 mL

編號8 之溶 液取 5 mL

編號9 之溶 液取 5 mL 稀釋後體積

(V₂) 10 mL 10 mL 10 mL 25 mL 25 mL 25 mL

7. 利用M₁( 1.5 ) × V₁ = M₂ × V₂計算稀釋過的溶液標號 1~12 的濃度M₂。

C. 測量各稀釋液的比電導值

1. 依照〝電導度計的操作步驟與注意事項〞中電極的校正過程，讀取電 極係數 K 並記錄之。

2. 電極以去離子水沖洗乾淨，用拭鏡紙拭乾，放入標號 1 之試管，量測 比電導值( κ )，記錄之，並依序量測編號 2~12 之稀釋液。

3. 將比電導值( κ )除以電極係數( K )即得該稀釋液的電導，算出各稀釋 液的電導值。

4. 各稀釋液的電導值對各稀釋液的濃度作圖，利用Excel得到線性迴歸 線，以y = mx+b表示，並且記錄Excel作圖時所顯示的R²值。

D. 決定 KCl 待測液的濃度

1. 記錄所取未知濃度 KCl 溶液的編號。

2. 以量筒量取 10 mL 待測液放入已洗淨之試管中。

3. 已洗淨之電極放入此試管中，測量此未知濃度 KCl 溶液的比電導值，

再算出其電導。

4. 利用內插法，將此電導值代入 Excel 線性迴歸線 y = mx+b 的 y 值，得 到此待測溶液的濃度。

5. 記錄待測溶液濃度實驗值，再詢問助教該編號溶液的濃度理論值，計 算相對誤差E_R。

相對誤差E_R   100⁰₀ 理論值

理論值 實驗值

六、數據與結果︰

Part A：1.5 M KCl

50 mL之濃溶液的配製

理論上需秤取 KCl 克數 g

實際秤取 KCl 克數 g (記錄到小數點下第四位)

所配KCl濃溶液的濃度 ( M1 )

(算式)=

= ( M)

Part B＆Part C：溶液的稀釋與比電導值 電極係數K = cm

標 號

取M

溶液體積 V

稀釋後體 積 V

比電 導 κ

電導 G 稀釋液濃度

M

(M

V

=M

V

)

(



)

1 260 μL 10 mL

2 430 μL 10 mL

3 580 μL 10 mL

4 730 μL 10 mL

5 730 μL×2 10 mL

6 730 μL×3 10 mL

7 3.4 mL 10 mL 8 6.5 mL 10 mL 9 9.6 mL 10 mL 10 自編號 7 取 5 mL 25 mL

12 自編號 9 取 5 mL 25 mL

※稀釋濃度M

( X軸 )對電導G ( Y軸 )作Excel圖

線性方程式：y = x + R

=

貼圖區

Part D：決定 KCl 未知濃度待測液的濃度

KCl 未知濃度待測液：比電導 κ = 電導 G =

將電導 G( Y 值 )代入線性方程式 y = x + 得濃度( x ) = M

待測液 編號

待測液濃度實驗值 ( M )

待測液濃度理論值 ( M )

相對誤差

( ％ )

七、問題與討論︰

明如何操作電導度計以取得電極係數的過程。

1. 說

2. 描述 1.5 M KCl

50 mL的配製過程。(含使用器材及詳細操作

過程)

3. 利用微量吸管吸取 1.5 M KCl

濃溶液，描述配製 0.024 M KCl

50mL稀溶液的過程。(含使用器材及詳細操作過程)

4.

(a) 畫出 10 mL 莫耳型吸量管及 10 mL 血清型吸量管。(標示出刻

度)

(b) 說明欲吸取 10 mL 溶液時，莫耳型吸量管及血清型吸量管使用 上之區別。

八、實驗心得與討論︰

誤差討論︰

心得︰