物理化学实验报告：离子迁移数的测定.docx

离子迁移数的测定——界面法
实验者:杨岳洋同组实验者:张知行
学号:2015012012 班级:材54
实验日期:2016年9月19日
助教:袁倩
1 引言
实验目的
采用界面法测定的迁移数。
掌握测定离子迁移数的基本原理和方法。
实验原理及公式
本实验采用的是界面法,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。
(1)当电流通过电解电池的电解质溶液时,两极发生化学变化,溶液中阳离子和阴离子分别向阴极和阳极迁移。假若两种离子传递的电荷量分别为和,通过的总电荷量为
每种离子传递的电荷量和总电荷量之比,称为离子迁移数。阴、阳离子的离子迁移数分别为
,
且
在包含数种阴、阳离子的混合电解质溶液中,和各为所有阴、阳离子迁移数的总和。一般增加某种离子的浓度,则该离子传递电荷量的百分数增加离子迁移数也所制增加。但是对于仅含一种电解质的溶液,浓度改变使离子间的引力场改变,离子迁移数也会改变,但是变化的大小与正负因不同物质而异。
温度改变,迁移数也会发生变化,一般温度升高时,和的差别减小。
(2)在一截面均匀垂直放置的迁移管中,充满HCl溶液,通以电流,当有电荷量为Q的电流通过每个静止的截面时,Q当量的通过界面向上走,Q当量的通过界面往下行。假定在管的下部某处存在一个界面(),在该界面以下没有,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,利用pH的不同指示剂显示颜色不同,测出界面。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,往上迁移的平均速率,等于界面形成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,输送电荷的数量为该体积中带电的总数,即
式中:C为的浓度,F为法拉第常数,电荷量常以库[仑](C)表示。
界面保持清晰的原理:
Cd阳极上Cd氧化,进入溶液生成CdCl2,逐渐顶替HCl溶液,CdCl2与HCl不相混合,因为淌度(u)较小,即,因此形成界面。
由于溶液为电中性,离子移动速率相等,即,则有
可得,即CdCl2溶液中电位梯度较大(如图 1 )。界面在通电过程中保持清晰。
图1 迁移管中的电位梯度

实验药品、仪器型号及测试装置示意图
迁移管,SCIENTZ节能型智能恒温槽(宁波新芝生物科技股份有限公司),Cd电极,Ag电极,毫安表,DHD300V/50mA直流恒压稳流电源(北京大华无线电仪器厂),HCl溶液()
实验条件
实验室压强:,实验室温度:25℃,实验室湿度:23

(1)按图2所示安装仪器。℃。用少许盐酸溶液()将迁移管润洗两次,然后在整个管中加满盐酸溶液。将镉电极套管加满盐酸溶液,安装在迁移管下部。迁移管垂直避免震荡,照图连接好线路,检查无误后再开始实验。
图2 界面法测定离子迁移数装置
打开直流恒压稳流电源,选择开关扳至恒压,调节电流在6~7mA之间。出现清晰界面后,当界面移动到第一个刻度时,立即打开秒表。此后每隔一分钟记录时间及对应的电流值。每当界面移动至整刻度时,记下相应的时间及对应的电流值,直到第五个刻度()
关闭电源,开关,过数分钟后,观察界面有何变化,再打开电源,过数分钟后,再观察之,试解释产生变化的原因。
试验完成,在迁移管中加满蒸馏水。
用电流恒定(I=3mA)的方法,记录电流值及界面迁移到整刻度时的时间。
实验结束,收拾整理试验台。
实验中的注意事项
若毫安表未校正,可用电势法校正。,与毫安表指示电流比较。
往迁移管中灌满盐酸时,管中不可有气泡,否则形成断路。
实验前检查镉电极,去除氧化层。如果电流表面被氧化,用砂纸将电极氧化层打磨干净。
防止迁移管内两层间的对流和扩散,所以迁移管内温度应均匀,且温度不易过高,通过的电流不宜过大,迁移管横截面积要小,实验时间不宜过长。
在未使用电源时应断开电源,否则对电路元件造成损害。
3 结果与讨论
原始实验数据及实验现象
实验现象:
恒压时控制起始电流在6~7mA之间,,此后电压一直保持该值。
通电后阴极有气泡产生,阳极溶液开始变为无色,并形成清晰的界面,界面上层为浅红色,下层为无色,表示反应已经发生。
恒压条件下,界面缓缓上升的过程中,电流值不断减小。
关闭电源开关,过数分钟后,发现界面逐渐消失,溶液开始整体显红色,打开电源后,过数分钟,在界面消失处又形成清晰界面,上层为浅红色,下层为无色。
恒流条件下,界面缓缓上升过程中电压表数值