物理化学实验报告：离子迁移数的测定

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1、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1.1实验目的（1）采用界面法测定的迁移数。（2）掌握测定离子迁移数的基本原理和方法。1.2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

2、、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

3、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。（1）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，Cd

4、Cl2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2.实验操作2.1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（0.0961mol/L）2.2实验条件实验室压强：100.84kPa，实验室温度：25℃，实验室湿度

5、：232.3实验步骤（1）按图2所示安装仪器。将超级恒温水域温度调至25.0℃。用少许盐酸溶液（0.0961mol/L）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（1）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（

6、每个刻度间隔为0.1mL）（2）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。（3）试验完成，在迁移管中加满蒸馏水。（4）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。（5）实验结束，收拾整理试验台。2.4实验中的注意事项（1）若毫安表未校正，可用电势法校正。，与毫安表指示电流比较。（1）往迁移管中灌满盐酸时，管中不可有气泡，否则形成断路。（2）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。（3）防止迁移管内两层间的

7、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。（4）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3.1原始实验数据及实验现象实验现象：（1）恒压时控制起始电流在6~7mA之间，界面移动到第一个刻度时电压值为139.2V，此后电压一直保持该值。（2）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。（3）恒压条件下，界面缓缓上升的过程中，电流值不断减小。（4）关闭电源开关，过数分钟后，发现

8、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。（5）恒流条件下，界面缓缓上升过程中电压表数值不断增大。实验原始数据记录表格表1恒压时电流随时间变化记录表t/sI/mAt/sI/mAt/sI/mA05.810480