离子的迁移数.doc

希托夫法测定离子的迁移数一、实验目的掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁移数的基本原理和操作方法。测定 4 CuSO 溶液中?2 Cu 和?24SO 的迁移数。二、实验原理当电流通过电解质溶液时, 在两电极上发生氧化、还原反应, 反应物质的量与通过电量的关系服从法拉第定律。同时,在溶液中的正、负离子分别向阴、阳两极迁移,由于正、负离子的移动速度不同, 所带电荷不等, 因此它们在迁移电量时所分担的份额也不同。电解的结果是两极区的溶液浓度发生了变化。为了表示电解质溶液中离子的特征,以及它们对溶液导电能力贡献的大小,引入离子迁移数的概念。+通电前通电放电后 AA BB 阳极区中间区阴极区图 离子电迁移示意图在两个惰性电极之间设想两个假想截面 AA 、 BB , 将电解池分成阳极中间区和阴极区(图 )。假定电解质 MA 溶液中仅含有一价正、负离子?M 和?A , 且负离子的运动速度是正离子运动速度的三倍,即???vv3 。电极通电、放电后的结果是: 阴极区:只剩下 2 个离子对,这是由于从阴极区移出三个负离子所致; 阳极区:只剩下 4 个离子对,这是由于从阳极区移出一个正离子所致。通过溶液的总电量 Q 为正、负离子迁移电量的总和,即 4 个电子电量,因此可以得到如下关系:)( )( ??????Q Q v v 负离子迁移的电荷量正离子迁移的电荷量阴极区减少的电解质阳极区减少的电解质定义离子的迁移数为: 正离子迁移数 Q Qt ???,负离子迁移数 Q Qt ???,其中 Q 总电量 1?????????Q QQ Qtt 离子迁移数可以用希托夫法进行测定, 其实验原理如图 2 所示,包括一个阴极管、一个阳极管和一个中间管, 外电路中串联有库仑电量计(本实验中采用铜电量计) ,可测定通过电流的总电量。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。根据公式式可计算出?t 和?t 。以4 CuSO 溶液为例,在迁移管中,两电极均为铜电极,其中放入 4 CuSO 溶液。通电时, 溶液中的?2 Cu 在阴极上发生还原, 而在阳极上金属铜溶解生成?2 Cu 。通电时,一方面阳极区有?2 Cu 迁出,另一方面电极上 Cu 溶解生成?2 Cu 进入阳极区, 因而有: 迁移反应电解前电解后 nnnn???整理得到: 电解后反应电解前迁移nnnn???式中: 迁移 n 表示迁移出阳极区的?2 Cu 量; 电解前 n 表示通电前阳极区所含?2 Cu 的量; 电解后 n 表示通电后阳极区所含?2 Cu 的量; 反应 n 表示通电时阳极上 Cu 溶解( 转变为?2 Cu ) 的量, 也等于铜电量计阴极上析出铜的量。图 希托夫法实验装置示意图直流电源可变电阻电流表电量计阳极管阴极管中间管可以看出, 希托夫法测定离子的迁移数至少包括两个假定:(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