离子迁移数的测定——界面法
姓名：张冶学号：班级:化21
同组实验者：努尔艾力·麦麦提
实验日期：2014年12月4日提交报告日期：2014年12月7日
实验助教：王溢磊
1引言
1.1 实验目的
1.采用界面法测定H+离子的迁移数。
2.掌握测定离子迁移数的基本原理与方法。
1.2 实验原理[1]
当电流通过电解池溶液时，电极上发生化学变化，溶液中阳离子与阴离子分别向阴极和阳极迁移。若两种离子传递的电荷量分别为q+和q-，通过的总电荷量为
Q=q++q−
每种离子传递的电荷量与总电荷量之比称为离子迁移数，则阴、阳离子的迁移数分别为
t−=q−Q
t+=q+ Q
且t++t−=1
在包含数种电解质的溶液中，t-和t+分别为所有阴、阳离子迁移数总和，一般增加某种离子浓度，其离子迁移数增加；对只含一种电解质的溶液，浓度的改变使离子间引力场改变，自然离子迁移数也改变；若温度改变，迁移数亦变化，一般温度升高时，t-和t+差别减小。
实验中采用界面法，以镉离子作为指示离子，测量一定浓度的盐酸溶液中H+离子迁移数。在一截面均匀的垂直放置的迁移管中充满盐酸溶液，通以电流，当有Q电量的电流通过每个静止的截面时，t+Q当量的H+上行，t-Q当量的Cl-通过界面下移。假定在管的下部某处存在一个界面，界面以下没有H+而被Cd2+取代，此界面将随H+的上移而移动，界面位置可利用界面上下溶液pH值的不同，使用指示剂显色。正常条件下界面保持清晰，界面以上的一段溶液保持均匀，H+向上迁移的平均速率等于界面上移速率。在某通电时间t内，界面扫过体积V，H+输送电荷数为该体积中H+带电总数，即
q+=VCF
式中：C为H+的浓度，F为法拉第常数，电荷量以库[仑](C)计。
要想使界面保持清晰，须使界面上、下的电解质不相混合，这可
通过选择合适的指示离子在通电情况下达到，Cd2+就符合这个要求。
Cd2+的淌度(U)较小，有
U Cd2+
通电时，H+上行Cl-下移，Cd在Cd电极上氧化并经入溶液中生
成CdCl2，逐渐顶替HCl，在管内形成界面。由于溶液呈电中性，任
意截面都不会中断传递电流，H+迁移走后Cd2+紧随其后且两者迁移速
率相等，则
U Cd2+dE′
dL
=U H+
dE
dL
dE′dL > dE dL
说明CdCl2溶液中电位梯度较大(如图1)，导致H+难以扩散至下层，而Cd2+也难以扩散到界面以上，可保持界面清晰。
2 实验操作
2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图
一次性移液管，DC-0510节能型智能恒温槽，DHD 300 V/500 mA直流稳压稳流电源，Cd电极，针状Ag电极，UT56数字万用电表，HCl-甲基橙溶液(HCl浓度为0.100 mol/L)，秒表。
2.2 实验条件
实验室中为102.10 kPa，11.2 ℃。
2.3 实验操作步骤及方法要点
1)用带有甲基橙的盐酸润洗两次迁移管，然后加满盐酸溶液。
将镉电极打磨后在套管中加满盐酸溶液，安装在迁移管下
部，并注意排出气泡。将银电极置于顶部，迁移管垂直固
定避免震荡，连接好线路。
2)调稳压稳流电源至稳压，电流6~7mA。当界面移动到第一
个刻度时，立刻打开秒表。此后每隔一分钟记录时间及对
应的电流值。每当界面移动至第二、第三等整数刻度时，
记下相应的时间及对应的电流值，直到界面移动至第五个
刻度（每两个刻度的间隔为0.1mL）。
3)关闭开关，过几分钟后观察界面，再打开电源，数分钟再
观察。试解释该现象。
4)用恒电流方法重复实验（I=3mA），只需记录电流值及界面
迁移到整数刻度（0.1 mL，0.2 mL…0.5mL）的时间。
5)实验完成，清洗迁移管，整理实验台。
3 结果与讨论
3.1 原始实验数据
溶液酸度为0.100mol/L。
水浴温度：25.0℃室温：11.2℃室内压力：102.10kPa
1）恒压条件洗下测定数据：
表1 恒压条件下测的数据
整数刻度数时间电流（mA）
00 4.760
1 4.589
2 4.44
3 4.300
4 4.176
0.1004min34s 4.104
5 4.058
6 3.949
7 3.848
8 3.759
9 3.675
续表1 恒压条件下测的数据
2）恒流测量数据：
恒流条件下电流值
3.2计算的数据、结果
a. 恒压数据处理思路：
1)选定几组刻度范围，做出电流—时间图，利用曲线所包围的面积求出几组刻度范围内的
电荷量Q。
图1 恒压下I-t曲线
图2 恒压下电量-t积分曲线
定三组刻度范围刻度1~4,2~5,1~5。利用origin计算积分，求出三组刻度范围所对应时间内的电荷量如下：
2) 求出几组刻度范围间的体积V 。
因为相邻两个整数刻度间的体积为0.1mL ，所以上述数据点范围间的相应体积为：
3) 利用q VCF +=和q t Q
+
+=
，求出迁移数，取几组数据的平均值。
文献值0.831。[2]（注：此文献值为盐酸浓度为0.100mol/L 下氢离子的迁移数，此处取
为近似参考值） 相对误差
γ=|实验值−文献值
文献值
|∗100%=|
(0.800−0.831)0.831|∗100%=3.73% b. 恒流数据处理思路：
图3 恒流时电流波动
