离子迁移数测定

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1、离子迁移数测定一实验目的++掌握界面移动法测定H离子移数的基本原来和方法，通过求算H离子的电迁移率，加深对电解质溶液有关概念的理解。二实验原理电解质溶液的导电是靠溶液内的离子定向迁移和电极反应来实现的。而通过溶液的总电量Q就是向两极迁移的阴、阳离子所输送电量的总和。现设两种离子输送的电量分别为Q+、Q－，则总电量Q=Q++Q-=It(2-124)式中I为电流强度，t为通电时间。为了表示每一种离子对总电量的贡献，令离子迁移数为t+与t－,则：Q+Q−t+=，t−=QQ(2-125)离子的迁移数与离子的迁移速度有关，而后者与溶液中的电位梯度有关。为了比较离子的迁移速度，引入离子电迁移率概念

2、。它的物−1理意义为：当溶液中电位梯度为1Vñm时的2离子迁移速度，用u+、u－表示，单位为mñs−1−1ñV。本实验采用界面移动法测定HCl溶液中+H离子的迁移数，其原理如图2-58所示。在一根垂直安置的有体积刻度的玻璃管中，装入含甲基橙指示剂的HCl溶液，顶部插入Pt丝+图2-58迁移管中离子迁移作阴极，底部插入Cd极作阳极。通电后，H−示意图离子向Pt极迁移，放出氢气，Cl离子向Cd2+极迁移，且在底部与由Cd电极氧化而生成的Cd离子形成CdCl2溶液，2++逐步替代HCl溶液。由于Cd离子的电迁移率小于H离子，所以底部2++的Cd离子总是跟在H离子后面向上迁移。因为CdCl2与

3、HCl对指示2+剂呈现不同的颜色，因此在迁移管内形成了一个鲜明的界面。下层Cd++离子层为黄色，上层H离子层为红色。这个界面移动的速度即为H离子迁移的平均速度。+若溶液中H离子浓度为c+，实验测得t时间内界面从1-1到2-2H+移动过的相应体积为V，则根据式(2-124)与式(2-125)，H离子的迁移数为c+VFt=H(2-126)+HIt−1式中F为法拉第常数，96485Cñmol。应该指出，由于迁移管内任一位置都是电中性的，所以当下层的+2+H离子迁移后即由Cd离子来补充。这样，稳定界面的存在意味着2++Cd离子的迁移速度与H离子的迁移速度相等。即dEdEuCd2+

4、=uH+(2-127)dlCd2+层dlH+层dE式中为迁移管内的电位梯度，即单位长度上的电位降。dldEdE因为离子电迁移率不同，uCd2+。dlCd2+层dlH+层2++2+此式表明Cd离子层电位梯度比H离子层大，也即Cd离子层单位+长度的电阻较大。因此，若在下层有H离子，其迁移速度不仅比同层2++的Cd离子快，而且要比处在上层的H离子也快，它总能赶到上层去。2+反之，超前的Cd离子也必会减慢迁移速度而到下层来。这样，形成+2+并保持了稳定的界面。同时，随着界面上移，H离子浓度减小，Cd离子浓度增加，

5、迁移管内溶液电阻不断增大，整个回路的电流会逐渐下降。通过离子迁移数的测定，用下式可求得离子的电迁移率：t+Λmt−Λmu+=，u−=(2-128)FF2−1式中Λm为一定温度下溶液的摩尔电导率，单位为S⋅m⋅mol。三试剂与仪器−1试剂：0.1molñLHCl标准溶液，0.1%的甲基橙指示剂，Cd棒(φ3×30mm)，Pt丝。仪器：带恒温水夹套迁移管，300V直流电源，100Ω标准电阻，毫安表，数字电压表，秒表。仪器装置见图2-59。四实验步骤1.用去离子水与待测液先后淋洗迁移管的内壁，注入含甲−1基橙指示剂的浓度为0.1molñL图2-59界面移动法实验装置的HCl标准溶液（其体积比

6、为：指示剂:酸=5:100）。通恒温水使系统恒温于25.0±0.1℃。2.按图2-59接好线路。图中V表为数字电压表，Rs为标准电阻，R为可变电阻，DC为直流电源。控制直流电源输出电压为300V，调节电阻R，使电流控制在3mA左右。（注意：高压直流电危险！）3.待迁移管内界面移动到0.2mL时开始计时，界面每移过0.02mL记录相应的时间和数字电压表读数。直至界面移动到0.5mL为止。五数据处理U1.由测得电压U及标准电阻Rs，求得电流I=，以此电流Ι对Rs相应的时间t作图，如图2-60所示，求出其包围的面积即总电量It。如为直线，可按梯形法求出面积。2.用与总电量It对应的界面移过的

7、体积V，代入式(2-126)求得t+。H−13.已知25.0℃时0.1molñLHCl溶液的摩尔电导率为0.032−1913Sñmñmol，根据式(2-128)计算+H离子的迁移率。4.考虑到迁移管的体积未经校正以及电源电压的波动，可以取不同间隔的体积V及对应的电It，分别求得t+，再取平均值。H六思考题图2-60I－t积分图1.为什么在迁移过程中会得到一个稳定界面？为什么界面移动速+度就是H离子移动速度？2.如何能得到一个清晰的移动界面？3.