界面法测定离子迁移数实验名称：界面法测定离子迁移数 实验类型： ________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得一、实验目的和要求1 ．掌握界面移动法测定离子迁移数的原理和方法； 2 ．掌握图解积分测定电荷的方法二、实验内容和原理当电流通过电解质溶液时，在两电极上发生法拉第或非法拉第过程，溶液中承担导电任务的阴、阳离子分别向阳、阴两极移动阴、阳离子迁移的电量总和恰好等于通入溶液的总电量，即：但由于各种离子的迁移速率不同，各自所迁移的电量也必然不同，将某种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数，则阴、阳离子的迁移数分别为：，并且 t+ + t- = 1若溶液中含有数种阴、阳离子，则 t+ 、t- 各为所有阴、阳离子的迁移数之和一般讲来，某种离子浓度增加，其相应的离子迁移数也有所增加，但也不尽然，由于离子之间的引力场影响的大小随离子的种类不同，所以离子迁移数的改变可能由正负之别，还要视离子的种类及周围环境而定，另外，迁移数也要受温度影响，一般温度升高， t+ 和 t- 的差别减小。
测定迁移数的方法有两种，一种是界面移动法，一种为电解法（即希托夫法）本实验采用界面移动法测定盐酸中 H+的迁移数，迁移管中离子迁移示意图见图 1，装置如图 2 所示图 1 迁移管中的电位梯度 图 2 界面法测离子迁移数装置界面移动法测离子迁移数有两种，一种是用两个指示离子，造成两个界面；另一种是用一种指示离子，只有一个界面本实验是用后一方法，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在一截面清晰的垂直迁移管中，充满 HCl 溶液，通以电流，当有电量为 Q 的电流通过每个静止的截面时H+ 通过界面向上走，摩尔量的摩尔量的 Cl –通过界面往下行假定）取代，则此界面将随着在管的下部某处存在一界面（ aa’） , 在该界面以下没有 H+存在，而被其他的正离子（例如往上迁移而移动，界面的位置可通过界面上下溶液性质的差异而测定例如，若在溶液中加入酸碱指示剂，则由于上下层溶液 pH 的不同而显示不同的颜色，形成清晰的界面在正常条件下，界面保持清晰，界面以上的一段溶液保持均匀， H+往上迁移的平均速率，等于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 ，输运电荷的数量为在该体积中 H+带电的总数，根据迁移数定义可得：式中， C为的浓度，A 为迁移管横截面积，l为界面移动的距离， I 为通过的电流， t 为迁移的时间， F 为法拉第常数。
欲使界面保持清晰，必须使界面上、下电解质不相混合，可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到CdCl2 溶液能满足这个要求，因为电迁移率（ U ）较小，即在图 1 的实验装置中，通电时， H+向上迁移， Cl –向下迁移，在 Cd 阳极上 Cd 氧化，进入溶液生成 CdCl2，逐渐顶替 HCl 溶液，在管外形成界面由于溶液要保持电中性，且任一截面都不会中断传递电流， H+迁移走后的区域，上，离子的迁移速率是相等的，即所以迁移紧紧跟由此可得：即在 CdCl2 溶液中电位梯度是较大的，如图4.1 所示因此若H+因扩散作用落入CdCl2 溶液层，它就不仅比若任何三、主要仪器设备的快，而且比界面上的 H+也要快，能赶回到 HCl 层同样进入低电位梯度的 HCl 溶液，它就要减速，一直为止，这样界面在通电过程中保持清晰到它们重又落后于仪器：迁移管 1 支（用 1mL 刻度移液管及恒温回流管和注液小漏斗组成）；-1~+4mV记录仪 1 台；镉电极和铜电极；超级恒温槽1台；带尼龙管的 5mL 针筒 2 只； 50mL 小烧杯两只；晶体管直流稳压电源1 台；接线匣1只；导线若干；停表；废液缸1 个；砂纸若干。
试剂：含甲基紫的 HCl 溶液（ 0.1mol.L–1）四、操作方法和实验步骤1 ．按图 2 装置仪器，用带尼龙管的针筒吸取蒸馏水洗迁移管两次并检查迁移管是否漏水，吸取少量的含甲基紫的 HCl 溶液（待测液），直接插入到迁移管的最下端，将迁移管洗涤两次，然后将待测液慢慢加入迁移管中，装入溶液量以插入上端铜电极时，能浸过电极为限2 ．按照图 2 接好线路，检查无误后，再开始实验调节恒温槽温度为 25℃，待温度恒定后，并调节电流至 3.5mA 左右打开记录仪开关，随着电解进行， Cd 阳极会不断溶解变为由于的迁移速度小于，因而，过一段时间后，在迁移管下部就会形成一个清晰的界面，并渐渐地向上移动，当界面移动到某一可清晰观测的刻度时，打开停表开始记时此后，每当界面移动0.05mL ，记下相应的时间和电压读数，直到界面移动 0.5mL 3 ．调节恒温槽温度为 35℃，测定 盐酸 中 H+的迁移数4 ．实验完毕，将迁移管溶液倒入指定回收瓶中，洗迁移管的初次废液也应注入回收瓶中迁移管洗净后，装满蒸馏水，放回原处五、实验数据记录和处理室温： 13.5 ℃； HCl 浓度： 0.1017mol.L-1 ；标准电阻： 1欧姆 表一 25℃和 35℃HCl溶液 H+离子迁移数测定实验数据25℃t/s E/mV V/mL Q/mc 0158.74 321.27 483.55 651.64821.64 993.241165.74 1335.02 1514.89 1699.963.73 3.65 3.57 3.50 3.43 3.373.30 3.25 3.193.13 3.08 Q（总）0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50585.75 586.73 573.66 582.43578.00 572.29564.94 545.08 568.39 574.645731.9135℃t/s E/mV V/mL Q/mc 0164.89 336.21 506.99 684.21853.89 1035.14 1216.33 1393.80 1587.77 1775.523.53 3.47 3.42 3.37 3.31 3.263.20 3.15 3.113.06 3.01 Q（总）0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50577.12 590.20 579.80 591.91557.40 585.44575.28 555.48 598.40 569.825780.85六、实验结果与分析 由实验数据可知：25℃时，V=0.50mL ，c(H+)=0.1017mol.L-1, F=96500c/mol, Q=5.73191c所以， H+离子所迁移的分电荷q+=V c(H+) F= 4.907025c H+的迁移数 t(H+)= q+/Q=0.856由实验室提供，此时 H+的迁移数的文献值 t( 文 )=0.82 所以，相对误差 E=|t( 文)-t(H+)|/t( 文)*100%=4%。
35℃时，V=0.50mL ，c(H+)=0.1017mol.L-1, F=96500c/mol, Q=5.78085c所以， H+离子所迁移的分电荷 q+=V c(H+) F= 4.907025c H+ 的迁移数 t(H+)= q+/ Q=0.849误差分析： 1. 实验装置的所带有的系统误差；2. 因放置时间过长等原因使实验所用的– 1 含甲基紫的 HCl 溶液的浓度发生变化，与所标定的值不同；3.迁移管上刻度模糊，对界面移动刻度的判断有所偏差，使实验结果产生误差；4.实验过程中，由桌面振动或碰触仪器等原因，使迁移管产生振动，产生误差七、讨论、心得实验心得：通过本实验，我主要了解了界面移动法测定离子迁移数的原理和方法，实验操作较简单，但要注意操作的规范，为了保证实验结果的正确与准确，有以下几点需要注意：1 ．实验的准确性、成败关键主要取决于移动界面的清晰程度若界面不清晰，则迁移体积测量不准，导致迁移数测量不准确因此，实验过程中应避免桌面振动2 ．实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动，对流等因素都要避免3 ．中间管与阴极管、阳极管连接处不留气泡 4 ．电极的正负极不要颠倒5 ．上端的塞子不能塞紧，要留有缝隙。
6 ．镉化物有毒，要注意废液的处理思考题： 1. 离子迁移数与那些因素有关？答：影响离子迁移数的主要因素有温度、溶液浓度、离子本性、溶剂性质，温度越高，阴、阳离子的迁移数趋于相等2. 保持界面清晰的条件是什么？答：实验的准确性、成败关键主要取决于移动界面的清晰程度若界面不清晰，则迁移体积测量不准，导致迁移数测量不准确因此，实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动，对流等因素都要避免，如应避免桌面振动欲使界面保持清晰，必须使界面上下电解质不相混合，这可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到3. 实验过程中电流值如何变化？迁移管的电极接反将产生什么现象？为什么？答：通电后由于 CdCl2 层的形成，使电阻加大，电流会渐渐变小迁移管的电极反接，会使迁移管底部产生气泡，使电路断路。