界面法测定离子迁移数

界面法测定离子迁移数实验名称：界面法测定离子迁移数实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1．掌握界面移动法测定离子迁移数的原理和方法； 2．掌握图解积分测定电荷的方法。

二、实验内容和原理当电流通过电解质溶液时，在两电极上发生法拉第或非法拉第过程，溶液中承担导电任务的阴、阳离子分别向阳、阴两极移动。

阴、阳离子迁移的电量总和恰好等于通入溶液的总电量，即：但由于各种离子的迁移速率不同，各自所迁移的电量也必然不同，将某种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数，则阴、阳离子的迁移数分别为：，并且 t+ + t- = 1若溶液中含有数种阴、阳离子，则t+、t-各为所有阴、阳离子的迁移数之和。

一般讲来，某种离子浓度增加，其相应的离子迁移数也有所增加，但也不尽然，由于离子之间的引力场影响的大小随离子的种类不同，所以离子迁移数的改变可能由正负之别，还要视离子的种类及周围环境而定，另外，迁移数也要受温度影响，一般温度升高，t+和t-的差别减小。

测定迁移数的方法有两种，一种是界面移动法，一种为电解法（即希托夫法）。

本实验采用界面移动法测定盐酸中H+的迁移数，迁移管中离子迁移示意图见图1，装置如图2所示。

图1 迁移管中的电位梯度图2 界面法测离子迁移数装置界面移动法测离子迁移数有两种，一种是用两个指示离子，造成两个界面；另一种是用一种指示离子，只有一个界面。

本实验是用后一方法，以镉离子作为指示离子，测某浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。

在一截面清晰的垂直迁移管中，充满HCl 溶液，通以电流，当有电量为Q 的电流通过每个静止的截面时H+通过界面向上走，摩尔量的摩尔量的Cl –通过界面往下行。

假定）取代，则此界面将随着在管的下部某处存在一界面（aa’）, 在该界面以下没有H+存在，而被其他的正离子（例如往上迁移而移动，界面的位置可通过界面上下溶液性质的差异而测定。

例如，若在溶液中加入酸碱指示剂，则由于上下层溶液pH 的不同而显示不同的颜色，形成清晰的界面。

在正常条件下，界面保持清晰，界面以上的一段溶液保持均匀，H+往上迁移的平均速率，等于界面向上移动的速率。

在某通电的时间（t ）内，界面扫过的体积为V ，输运电荷的数量为在该体积中H+带电的总数，根据迁移数定义可得：式中，C 为的浓度，A 为迁移管横截面积，l 为界面移动的距离，I 为通过的电流，t 为迁移的时间，F 为法拉第常数。

欲使界面保持清晰，必须使界面上、下电解质不相混合，可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到。

CdCl2溶液能满足这个要求，因为电迁移率（U ）较小，即在图1的实验装置中，通电时，H+向上迁移，Cl –向下迁移，在Cd 阳极上Cd 氧化，进入溶液生成CdCl2，逐渐顶替HCl 溶液，在管外形成界面。

由于溶液要保持电中性，且任一截面都不会中断传递电流，H+迁移走后的区域，上，离子的迁移速率是相等的，即所以。

迁移紧紧跟。

由此可得：即在CdCl2溶液中电位梯度是较大的，如图4.1所示。

因此若H+因扩散作用落入CdCl2溶液层，它就不仅比若任何三、主要仪器设备的快，而且比界面上的H+也要快，能赶回到HCl 层。

同样进入低电位梯度的HCl 溶液，它就要减速，一直为止，这样界面在通电过程中保持清晰。

到它们重又落后于仪器：迁移管1支（用1mL 刻度移液管及恒温回流管和注液小漏斗组成）；-1~+4mV记录仪1台；镉电极和铜电极；超级恒温槽1台；带尼龙管的5mL 针筒2只；50mL 小烧杯两只；晶体管直流稳压电源1台；接线匣1只；导线若干；停表；废液缸1个；砂纸若干。

试剂：含甲基紫的HCl 溶液（0.1mol.L –1）。

四、操作方法和实验步骤1．按图2装置仪器，用带尼龙管的针筒吸取蒸馏水洗迁移管两次并检查迁移管是否漏水，吸取少量的含甲基紫的HCl 溶液（待测液），直接插入到迁移管的最下端，将迁移管洗涤两次，然后将待测液慢慢加入迁移管中，装入溶液量以插入上端铜电极时，能浸过电极为限。

2．按照图2接好线路，检查无误后，再开始实验。

调节恒温槽温度为25℃，待温度恒定后，并调节电流至3.5mA 左右。

打开记录仪开关，随着电解进行，Cd 阳极会不断溶解变为。

由于的迁移速度小于，因而，过一段时间后，在迁移管下部就会形成一个清晰的界面，并渐渐地向上移动，当界面移动到某一可清晰观测的刻度时，打开停表开始记时。

此后，每当界面移动0.05mL ，记下相应的时间和电压读数，直到界面移动0.5mL 。

3．调节恒温槽温度为35℃，测定0.1mol.L-1盐酸中H+的迁移数。

4．实验完毕，将迁移管溶液倒入指定回收瓶中，洗迁移管的初次废液也应注入回收瓶中。

迁移管洗净后，装满蒸馏水，放回原处。

五、实验数据记录和处理室温：13.5℃；HCl 浓度：0.1017mol.L-1；标准电阻：1 欧姆表一25℃和35℃HCl 溶液H+离子迁移数测定实验数据25℃t/s E/mV V/mL Q/mc 0158.74 321.27 483.55 651.64 821.64 993.24 1165.74 1335.02 1514.89 1699.963.73 3.65 3.57 3.50 3.43 3.37 3.30 3.25 3.19 3.13 3.08 Q （总）0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50585.75 586.73 573.66 582.43 578.00 572.29 564.94 545.08 568.39 574.64 5731.9135℃t/s E/mV V/mL Q/mc 0164.89 336.21 506.99 684.21 853.89 1035.14 1216.33 1393.80 1587.77 1775.523.53 3.47 3.42 3.37 3.31 3.26 3.20 3.15 3.11 3.06 3.01 Q （总）0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50577.12 590.20 579.80 591.91 557.40 585.44 575.28 555.48 598.40 569.82 5780.85六、实验结果与分析由实验数据可知：25℃时，V=0.50mL，c(H+)=0.1017mol.L-1, F=96500c/mol, Q=5.73191c所以，H+离子所迁移的分电荷q+=V c(H+) F= 4.907025c H+的迁移数t(H+)= q+/Q=0.856由实验室提供，此时H+的迁移数的文献值t(文)=0.82 所以，相对误差E=|t(文)-t(H+)|/t(文)*100%=4%。

35℃时，V=0.50mL，c(H+)=0.1017mol.L-1, F=96500c/mol, Q=5.78085c 所以，H+离子所迁移的分电荷q+=V c(H+) F= 4.907025c H+的迁移数t(H+)= q+/ Q=0.849误差分析：1. 实验装置的所带有的系统误差；2. 因放置时间过长等原因使实验所用的0.1mol.L –1含甲基紫的HCl 溶液的浓度发生变化，与所标定的值不同；3. 迁移管上刻度模糊，对界面移动刻度的判断有所偏差，使实验结果产生误差；4. 实验过程中，由桌面振动或碰触仪器等原因，使迁移管产生振动，产生误差。

七、讨论、心得实验心得：通过本实验，我主要了解了界面移动法测定离子迁移数的原理和方法，实验操作较简单，但要注意操作的规范，为了保证实验结果的正确与准确，有以下几点需要注意：1．实验的准确性、成败关键主要取决于移动界面的清晰程度。

若界面不清晰，则迁移体积测量不准，导致迁移数测量不准确。

因此，实验过程中应避免桌面振动。

2．实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动，对流等因素都要避免。

3．中间管与阴极管、阳极管连接处不留气泡。

4．电极的正负极不要颠倒。

5．上端的塞子不能塞紧，要留有缝隙。

6．镉化物有毒，要注意废液的处理。

思考题：1. 离子迁移数与那些因素有关？答：影响离子迁移数的主要因素有温度、溶液浓度、离子本性、溶剂性质，温度越高，阴、阳离子的迁移数趋于相等。

2. 保持界面清晰的条件是什么？答：实验的准确性、成败关键主要取决于移动界面的清晰程度。

若界面不清晰，则迁移体积测量不准，导致迁移数测量不准确。

因此，实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动，对流等因素都要避免，如应避免桌面振动。

欲使界面保持清晰，必须使界面上下电解质不相混合，这可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到。

3. 实验过程中电流值如何变化？迁移管的电极接反将产生什么现象？为什么？答：通电后由于CdCl2层的形成，使电阻加大，电流会渐渐变小。

迁移管的电极反接，会使迁移管底部产生气泡，使电路断路。