1、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
2、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
3、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 摩尔量的 H+通过界面向上走， 摩尔量的 Cl通过界面往下行。假定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 ）取代，则此界面将随着 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 p
4、H 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
5、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， 紧紧跟上，离子的迁移速率 是相等的，即 。由此可得：所以 。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 迁移的快，而且比界面上的 H+也要快，能赶回到 HCl 层。同样若任何 进入低电位梯度的 HCl 溶液，它就要减速，一直到它们重又落后于 为止，这样界面在通电过程中保持清晰。三、主要仪器设备仪器：迁移管 1 支（用 1mL 刻度移液管及恒温回流管和注液小
6、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.L1） 。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
7、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
8、浓度：0.1017mol.L-1；标准电阻：1 欧姆表一 25和 35HCl 溶液 H+离子迁移数测定实验数据25t/s E/mV V/mL Q/mc35t/s E/mV V/mL Q/mc0 3.73 0 0 0 3.53 0 0158.74 3.65 0.05 585.75 164.89 3.47 0.05 577.12321.27 3.57 0.10 586.73 336.21 3.42 0.10 590.20483.55 3.50 0.15 573.66 506.99 3.37 0.15 579.80651.64 3.43 0.20 582.43 684.21 3.31 0.20 59
9、1.91821.64 3.37 0.25 578.00 853.89 3.26 0.25 557.40993.24 3.30 0.30 572.29 1035.14 3.20 0.30 585.441165.74 3.25 0.35 564.94 1216.33 3.15 0.35 575.281335.02 3.19 0.40 545.08 1393.80 3.11 0.40 555.481514.89 3.13 0.45 568.39 1587.77 3.06 0.45 598.401699.96 3.08 0.50 574.64 1775.52 3.01 0.50 569.82Q（总）
10、5731.91 Q（总） 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= 4.907025cH+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
11、+=V c(H+) F= 4.907025cH+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.L1 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
12、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。装 订 线
