物理化学实验十三离子迁移数测定.docx

该【物理化学实验十三离子迁移数测定 】是由【夏天教育】上传分享，文档一共【6】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【物理化学实验十三离子迁移数测定 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。实验十三离子迁徙数的测定
一、实验目的
;
;
+离子和盐酸溶液中氢离子的迁徙数。
二、实验原理
当电流经过含有电解质的电解池时,经过导线的电流是由电子传达,而溶液中的电流则
由离子传达。如溶液中无带电离子,该电路就没法导通电流。
已知溶液中的电流是借助阴、阳离子的挪动而经过溶液。因为离子自己的大小、溶液对
离子挪动时的阻拦及溶液中其他共存离子的作用力等诸多要素,使阴、阳离子各自的挪动速
率不一样,从而各自所携带的电荷量也不相同。由某一种离子所迁徙的电荷量与经过溶液的总
电荷量(Q)之比称为该离子的迁徙数。而
Q=q_+q+
上式中q_和q+分别是阴、阳离子各自迁徙的电荷量。阴、阳离子的迁徙数分别为:
t_=q_/Q,t+=q_/Q
(1)
明显
t_+t+=1
(2)
当电解质溶液中含有数种不一样的阴、阳离子时,
t_和t+分别为所有阴、阳离子迁徙数
的总和。
测定离子迁徙数的方法有希托夫法
(Hittorf
Method)、界面挪动法
(MovingBoundary
Method)和电动势法(Electromotive
ForceMethod)。本实验采纳希托夫法和
界面挪动法测定
离子的迁徙数。
(HittorfMethod)测定离子迁徙数

希托夫法测定迁徙数的原理是依据电解前后,两电极区内电解质量的变化来求算离子
的迁徙数。两个金属电极放在含有电解质溶液的电解池中,可假想在这两个电极之间的溶液
中存在着三个地域:阳极区、中间区和阴极区,如图1所示。并假定该溶液只含1—1价的
图1离子的电迁徙表示图
正、负离子,并且负离子的挪动速度是正离子的3倍。当直流电经过电解池时,会发生以下
状况。
,阳极区的正离子会向阴极区挪动;

而阴极区的阴离子则朝阳极区挪动。
如图

1(a)所示。
,因为负离子的挪动速率是正离子的3倍,那么一个正离子从阳极区移出,
必定有3个负离子从阴极区移出,此时溶液中离子的分布状况如图1(b)所示。
,则必有4个负离子在阳极上放电。其结果是阴极区
只剩如图1(c)所示的2对离子,阳极区还剩4对离子,而中间区的则不变。阴极区减少的3对离子正是因为移出3个负离子而造成的,阳极区减少的一对离子则是因为移出一个正离子
所造成的。此时,经过溶液的电荷量等于正负离子迁徙电荷量之和,即等于4个电子的电荷量。
从上边所述不难得出以下结果:
那么依据式(1)可得:
上述关系式中,阴、阳极区减少的电解质可分别经过解析通电前、后各自地域电解质的变化量获取。在测定装置中串通一个库仑计,测定通电前、后库仑计中阴极的质量变化,经计算即可获取经过溶液的总电荷量。

铜库仑计
直流稳压电源
电子天平
锥形瓶(50mL和250mL)
电流表
希托夫迁徙管
滴定管
烧杯(100mL)
移液管
-1
·L
AgNO3溶液
电解铜片(%)
-1
6mol·LHNO3溶液
硫酸铁铵饱和溶液
·L-1KCNS溶液
无水乙醇
导线
铁架台
镀铜液(100mL
水中含
15gCuSO4·5H2O,5mL浓H2SO4,5mL乙醇)

。·L-1AgNO3溶液清洗希托夫迁徙管
3次,而后在
迁徙管中装入该溶液,迁徙管中不该有气泡,并使
A、B活塞处于导通状态。
·L-1HNO3溶液中略微清洗一下,以除去表面的氧化层,用蒸馏水
冲洗后,将作为阳极的两片铜电极放人盛有镀铜液的库仑计中。
将铜阴极用无水乙醇淋洗一
下,用热空气将其吹干(温度不可以太高),在天平上称重得m1,而后放入库仑计。
。接通直流稳压电源,经过调理使电流在
10mA左右。
,关闭电源。并马上关闭
A、B活塞。拿出库仑计中的铜阴极,用蒸馏水
冲洗后,用无水乙醇淋洗,再用热空气将其吹干,而后称重得
m2。
,分别称重并滴定解析其浓度。若
中间区溶液的滴定结果与原始的相差太大,则实验须重做。
、阳极区的AgNO3溶液所有拿出,放入已知质量的锥形瓶称重。
而后分别
-1HNO3溶液和1ml硫酸铁铵饱和溶液,用
·L-1KCNS溶液滴定,
至溶液呈淡红色,用力摇晃也不退色为止。

(Q),计算
公式为:
式中F为法拉第常数(96500C),Mcu为铜的摩尔质量。
,计算出原始溶液中
AgNO3的量。
,计算出阳极区溶液中
AgNO3的量。
+和NO3
-的迁徙数。
图2希托夫法测定离子迁徙数线路图

,其弊端是不易获取正确的结果。界面
挪动法直接测定溶液中离子的挪动速率,依据所用迁徙管的截面积和通电时间内界面挪动的
距离以及经过的电荷量来计算离子的迁徙数,该方法拥有较高的正确度,但问题是如何获取
鲜亮的界面和如何观察界面挪动,所以实验的条件比较苛刻。电动势法规是经过丈量浓差电
池的电动势和计算获取离子的迁徙数,该法也是因为实验的条件比较苛刻而不常用。
,离子在电场作用下是带着水化壳层一起迁徙的,而本实验中
计算时未考虑该要素。这类不考虑水化作用测得的迁徙数平时称为希托夫迁徙数,或称为表
观迁徙数。
(Faraday)定律来测定经过电解池的电荷量。法拉第定律有两条
基本规则:(1)电解时在电极上发生反应的物质的量与经过的电荷量成正比;(2)当以相同的
电荷量分别经过几个串通的电解槽时,在各电极上析出物质的量与M/n(或A/n)成正比,
式中M和A分别是分子或原子的摩尔质量,n为电极反应时电荷数的变化。其数学表达式
为
式中m是经过Q电荷量时,电极上析出或溶解的物质量
(单位为kg或g),F是1mol单位电
荷拥有的电量,即
F=Le(×1023mol-1)(×10
-19
C)=·mol-1≈96
-1
。
500C·mol
法拉第定律是由实验总结得出的,是一个特别正确的定律。不论在何种压力和温度下,
电解过程中其电极反应所得产物的量均严格遵从该定律。故人们平时采纳在电路中串通铜库
仑计或银库仑计来测定电解反应时经过的电荷量。现在跟着电子技术的发展,也可用数字电
路取代铜或银库仑计。比方在图2中采纳CHI660A电化学工作站代替直流稳压电源和库仑
计,利用该仪器的计时库仑技术(Chronocoulometry)即可很方便地直接获取电解反应时经过的电荷量。

1、本实验中,若中间区的溶液浓度在通电前后有所改变,为何须重做实验?
2、影响本实验的要素有哪些?
II界面挪动法(MovingBoundaryMethod)测定离子迁徙数
一、实验原理
利用界面挪动法测迁徙数的实验可分为两类:一类是使用两种指示离子,造成两个界面;
另一类是只用一种指示离子,有一个界面。最近几年来这类方法已经取代了第一类方法,其原理
以下。
实验在图3所示的迁徙管中进行。
’
设MZ+为欲测的阳离子,MZ+为指示阳离子。为了保
持界面清楚,防范因为重力而产生搅动作用,
应将密度大的溶液放在下边。
当有电流经过溶
液时,阳离子向阴极迁徙,本来的界面
αα’逐渐上移,经过一准时间到达
bb’。设V为αα’
和bb’间的体积,tMZ+为MZ+的迁徙数。据定义有:
(3)
式中,F为法拉第(Farady)常数;C为1/Z
MZ+的物质的量浓度;Q为经过溶液的总电量;
V
为界面挪动的体积,可用称量充满αα’和bb’间的水的质量校订之。
本实验用Cd2+作为指示
3
+
2+
2++
。
离子,
HCl中H
的迁徙数。因为Cd的淌度(U)较小,即UCd<UH
图3迁徙管中的电位梯度
在图4的实验装置中,通电时,H+向上迁徙,C1-向下迁徙,在Cd阳极上Cd氧化,进
人溶液生成CdCl2,逐渐顶替HCI溶液,在管中形成界面。因为溶液要保持电中性,且任一
截面都不会中断传达电流,H+迁徙走后的地域,Cd2+紧紧地跟上,离子的挪动速度(ν)是相
等的,,由此可得:
(4)
(5)
图4界面挪动法测离子迁徙数装置表示图
即在CdCl2溶液中电位梯度是较大的,所以若H+因扩散作用落人CdCl2溶液层。它就
不但比Cd2+迁徙得快,并且比界面上的H+也要快,能赶回到
低电位梯度的HCl溶液,它就要减速,向来到它们重又落后于
程中保持清楚。

HCl层。相同若任何Cd2+进入
+
H为止,这样界面在通电过

仪器:精美稳流电源1台,滑线变阻器1只,毫安表1只,烧杯(25mL)1只。
3

,加入少量甲基紫,使溶液呈深蓝色。并用
少量该溶液清洗迁徙管后,将溶液装满迁徙管,并插入

Pt电极。


4接好线路,按通开关

K与电源相通,调理电位器尺保持电流在

5~7mA

之间。
,

马上开动秒表,此时要随时调理电位器

R,
使电流

I保持定值。当蓝紫色界面迁徙

lmL

后,再按秒表,并关闭电源开关。

计算tH+和tCl-。谈论并解说观察到的实验现象,将结果与文件值加以比较。

,电流会逐渐变小,所以应不停调理电流使其
保持不变。
,迁徙管应防范振动。

?为何界面挪动速度就是H+挪动速度?
?
?
,指示离子应如何选择?指示剂应如何选择?