1、物理化学实验教案 （刘杰）1实验十 离子迁移数的测定 【目的要求】1掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁移数的某本原理和操作方法。2测定 CuSO4 溶液中 Cu2+和 SO42-的迁移数。【实验原理】当电流通过电解质溶液时，溶液中的正负离子各自向阴、阳两极迁移，由于各种离子的迁移速度不同，各自所带过去的电量也必然不同。每种离子所带过去的电量与通过溶液的总电量之比，称为该离子在此溶液中的迁移数。若正负离子传递电量分别为 q+和 q ，通过溶液的总电量为 Q, 则正负离子的迁移数分别为： t+=q+/Q t-q -/Q离子迁移数与浓度、温度、溶剂的性质有关，增加某种离子的浓度则该离子传递电量的百分
2、数增加，离子迁移数也相应增加；温度改变，离子迁移数也会发生变化，但温度升高正负离子的迁移数差别较小；同一种离子在不同电解质中迁移数是不同的。离子迁移数可以直接测定，方法有希托夫法、界面移动法和电动势法等。用希托夫法测定 CuSO4 溶液中 Cu2+和 SO42-的迁移数时，在溶液中间区浓度不变的条件下，分析通电前原溶液及通电后阳极区（或阴极区）溶液的浓度，比较等重量溶剂所含MA 的量，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的 MA 的量。通过溶液的总电量 Q由串联在电路中的电量计测定。可算出 t+和 t-。在迁移管中，两电极均为 Cu 电极。其中放 CuSO4 溶液。通电时，溶液中的 Cu2+
3、在阴极上发生还原，而在阳极上金属银溶解生成 Cu2+。因此，通电时一方面阳极区有 Cu2+迁移出，另一方面电极上 Cu 溶解生成 Cu2+，因而有nn迁 后 原 电，2uCt迁电 2241uSOCtt式中 n 迁 表示迁移出阳极区的电荷的量，n 原 表示通电前阳极区所含电荷的量，n 后 表示通电后阳极区所含 Cu2+的量。 n 电 用表示通电时阳极上 Cu 溶解（转变为 Cu2+）的量也等于铜电量计阴极上析出铜的量的 2 倍，可以看出希托夫法测定离子的迁移数至少包括两个假定：物理化学实验教案 （刘杰）2（1）电的输送者只是电解质的离子，溶剂水不导电，这一点与实际情况接近。（2）不考虑离子水化现
4、象。实际上正、负离子所带水量不一定相同，因此电极区电解质浓度的改变，部分是由于水迁移所引起的，这种不考虑离子水化现象所测得的迁移数称为希托夫迁移数。图 2-15-2 希托夫法测定离子迁移数装置图【仪器试剂】 迁移管 1 套； 铜电极 2 只； 离子迁移数测定仪 1 台； 铜电量计 1 台； 分析天平 1台；台秤 1 台；移液管(20mL)3 只；H2SO4(2mol.L-1)； 硫酸铜溶液（0 .05mol。 L-1）；HCl(4mol.L -1)【实验步骤】1.水洗干净迁移管，然后用 0.05mol/L 的 CuSO4 溶液洗净迁移管，并安装到迁移管固定架上。电极表面有氧化层用细砂纸打磨。2
5、.将铜电量计中阴极铜片取下，先用细砂纸磨光，除去表面氧化层，用蒸馏水洗净，用乙醇淋洗并吹干，在分析天平上称重，装入电量计中。3.连接好迁移管，离子迁移数测定仪和铜电量计（注意铜电量计中的阴、阳极切勿接错）。4.接通电源，按下“稳流”键，调节电流强度为 20mA，连续通电 90min。7.停止通电后，迅速取阴、阳极区溶液以及中间区溶液称重，滴定（从迁移管中取溶液时电极需要稍稍打开，尽量不要搅动溶液，阴极区和阳极区的溶液需要同时放出，防止中间区溶液的浓度改变）。【注意事项】1.实验中的铜电极必须是纯度为 99。 999%的电解铜。 物理化学实验教案 （刘杰）32.实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动
6、等因素必须避免。电极阴、阳极的位置能对调，迁移数管及电极不能有气泡，两极上的电流密度不能太大。 3.本实验中各部分的划分应正确，不能将阳极区与阴极区的溶液错划入中部，这样会引起实验误差。 4.本实验由铜库仑计的增重计算电量，因此称量及前处理都很重要，需仔细进行。【数据处理】温度：开始： 24.3 大气压：101.9kpa终了; 24.2 平均：24.25 Ccuso4=0.0521 mol/l Mcu=63.5g/mol Mcuso4=159.5g由电量计中铜电极质量增加，计算 n 电n 电=2（W2-W1)/Mcu=2(10.3468-0.3436)/63.5=1.0079l*10(-3)m
7、ol有阳极区的溶液得 n 后V2=25.00(后)*W2 后/W(25 后）=25.00*39.7628/25.1105=355878mln 后=Ccuso4(后）V2/1000=【0.0594*39.5878/1000=2.3515*10(-3)mol由原硫酸铜溶液得 n 原V1=25.00(原)*W2 原/W(25 原）=25.00*39.7142/25.0842=39.5809mln 原=Ccuso4(原）*V1/1000=0.0521*39.5809/1000=2.0622*10(-3)mol 所以 n 迁=n 电+n 原n 后=1.0079l*10(-3)+2.0622*10(-3)
8、-2.3515*10(-3)=0.71861*10(-3)molt(cu2+） =n 迁/n 电= 0.71861*10(-3)/ 1.0079l*10(-3)=0.71 电量计阴极铜片 通电前 W1=0.3436g 通电后 W2=10.3468g全部溶液质量 W2 后 39.7628g25.00ml 溶液质量 W(25 后) 25.1105g通电后阳极区通电后阳极区 Ccuso4 后 0.0594mol/L25.00ml 溶液质量 W(25 原) 25.0842g与阳极区同质量溶剂的原溶液质量 W2 原 39.7142g原溶液原溶液 Ccuso4(原) 0.0521mol/L物理化学实验教案 （刘杰）4t(so42-) =1-t(cu2+)= 1- 0.71=0.29 铜片的增量/铜的原子量n 电5.计算阴极区离子的迁移数，与阳极区的计算结果进行比较，分析。阳极部得到： ；20.31uCt240.69SOt阴极部得到： ；29u2471思 考 题1通过电量计阴极的电流密度为什么不能太大？2通过电前后中部区溶液的浓度改变，须重做实验，为什么？30 。 1mol.L-1KCl 和 0。 1 mol.L-1NaCl 中的 Cl-迁移数是否相同？ 4如以阳极区电解质溶液的浓度计算 t（Cu 2+），应如何进行？
