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有仪层析成像实验室

在线工具 · 04

溶液电导率估算 加盐配液 · 温度与溶解度修正

在自来水或去离子水中加入一定质量的盐(NaCl、KCl、KNO₃、CaCl₂ 等常见盐), 估算配出溶液的电导率——例如为电阻层析成像(ERT)实验配制导电介质前,先预算电导率是否落在测量窗口内。

溶液电导率 σ(25 °C,含基液)

—

@25 °C 为 —; 温度增益 —(+2.2 %/°C)。

溶解盐摩尔浓度

—

有效摩尔电导率 Λ

—

实际溶解 / 加盐量

—

当前温度溶解度上限

—

一阶估算:按 25 °C 无限稀释离子摩尔电导率求和,含 Kohlrausch 浓度修正与 +2.2 %/°C 温度修正, 适用于常见强电解质稀溶液(c ≲ 0.5 mol/L)。方法与数据见下文。

估算方法

强电解质稀溶液的电导率由各离子的贡献求和得到:

σ=∑iλi ci×10−3 (S/cm)\sigma = \sum_i \lambda_i\,c_i \times 10^{-3}\ \mathrm{(S/cm)}

其中 λi\lambda_i 为离子摩尔电导率(25 °C 无限稀释值 λi0\lambda_i^0,单位 S·cm²/mol), cic_i 为离子摩尔浓度(mol/L)。盐分子按完全解离计: Λ0=ν+λ+0+ν−λ−0\Lambda^0 = \nu_+\lambda_+^0 + \nu_-\lambda_-^0。

浓度修正(Kohlrausch 经验式)

离子间相互作用使摩尔电导率随浓度下降,按 Kohlrausch 平方根经验式修正:

Λ(c)=Λ0(1−kfc ),c≲0.5 mol/L\Lambda(c) = \Lambda^0\left(1 - k_f\sqrt{c}\,\right), \qquad c \lesssim 0.5\ \mathrm{mol/L}

修正系数 kfk_f:1:1 型盐(NaCl、KCl、KNO₃、NaHCO₃)取 0.5, 1:2 / 2:1 型(CaCl₂、Na₂SO₄)取 0.6,2:2 型(MgSO₄、CuSO₄)取 0.7;下限截断在 0.3 Λ00.3\,\Lambda^0。

溶解度:只计实际溶解的量

溶解度随温度线性修正(粗略近似):

S(T)=S20[1+αs (T−20 ∘C)]S(T) = S_{20}\left[1 + \alpha_s\,(T - 20\,^\circ\mathrm{C})\right]

加入质量超过 S(T)/100×m水S(T)/100 \times m_{\mathrm{水}} 时, 只有溶解的部分计入电导率,工具会给出未溶解的剩余量。硝酸钾等溶解度随温度变化大的盐, 低温配液可能明显受限。

温度修正

离子迁移率随温度上升,常见无机离子(除 H⁺、OH⁻ 外)约为每升高 1 °C 增加 2.2 %:

σ(T)=σ(25 ∘C)[1+0.022 (T−25 ∘C)]\sigma(T) = \sigma(25\,^\circ\mathrm{C})\left[1 + 0.022\,(T - 25\,^\circ\mathrm{C})\right]

基液(自来水 / 去离子水)自身的电导率也按同一系数修正。

内置数据

盐(无水)M(g/mol)Λ⁰(S·cm²/mol)溶解度 S₂₀(g/100 g 水)
氯化钠 NaCl 58.44 126.4 35.9
氯化钾 KCl 74.55 149.8 34.2
硝酸钾 KNO₃ 101.1 144.9 31.6
氯化钙 CaCl₂ 110.98 271.6 74.5
硫酸钠 Na₂SO₄ 142.04 259.8 19.5
硫酸镁(无水) MgSO₄ 120.37 265.7 35.1
硫酸铜(无水) CuSO₄ 159.61 266.8 20.7
碳酸氢钠 NaHCO₃ 84.01 94.6 9.6

离子摩尔电导率取 25 °C 无限稀释文献值:Na⁺ 50.1、K⁺ 73.5、Ca²⁺ 119.0、Mg²⁺ 106.1、 Cl⁻ 76.3、NO₃⁻ 71.4、SO₄²⁻ 159.6、HCO₃⁻ 44.5。

误差来源与适用边界

  • 适用范围:强电解质稀溶液(约 c≲0.5 mol/Lc \lesssim 0.5\ \mathrm{mol/L});浓溶液离子活度系数下降更快,结果偏低估计需实测修正。
  • 弱电解质与水解:NaHCO₃ 存在部分水解,实际电导率与本估算略有出入;含 H⁺ / OH⁻ 的体系(酸、碱)不适用本工具的 2.2 %/°C 温度系数。
  • 无水物基准:摩尔质量按无水物计——使用水合晶体(如七水硫酸镁 MgSO₄·7H₂O)时请按无水物折算质量。
  • 溶解度线性近似:αs\alpha_s 是对非线性溶解度曲线的粗略线性化,仅用于判断「是否超饱和」。
  • 用途定位:配液前的一阶预算,不能替代电导率仪实测。