界面移动法测定离子的迁移数

1、实验十离子迁移数的测定界面移动法(2.10.1)1目的要求(1) 加深理解迁移数的基本概念。(2) 用界面移动法测定HCI水溶液中离 子迁移数，掌握其方法与技术。(3) 观察在电场作用下离子的迁移现 象。2基本原理(1) 离子的迁移数有多种测定方法，如希托夫法(Hittorf)、电动势法、界面移动法等， 其中界面移动法是一种比较简便的方法。其 测量原理是在一个垂直的管子中有MA、MA、MA三种溶液，其中MA为被测的一对 离子，M A、MA为指示溶液。为了防止因 重力作用将三种溶液互相混合，把密度大的 放在下面。为使界面保持清晰，M的迁移速度应比M小，A的迁移速度应比A小。图 2.10.1中的界

2、面b向阳极移动，界面a向阴极移 动。如果在通电后的某一时刻，a移至a, b移至b ，距离aa、bb与M+、A-的迁移速度有关，若溶液是均匀的，ab间的电位梯度是均匀的，则aa Vbb正、负离子的迁移数可用下式表示r=VVVaaaa bb(2.10.2)(2.10.3)丄V_bbHt _ V V_ aa bb式中t+、t-分别为正、负离子迁移数，V+、V-分别为正、负离子迁移的体积。测定aa、 bb即可求出t+、t-。(2) 另一种方法是使用一种指示剂溶液，只观察一个界面的移动，求算离子迁移数。当有96500C的电量通过溶液时，亦即1mol电子通过溶液时，假设有 n+的M+向阴极移动,n-的A-

3、向阳极移动，那么，一定有n+n-=1mol。由离子迁移数的定义可知，此时的n+即为t+,n-即为t-.设Vo是含有MA物质的量为1mol的溶液的体积，当有1mol的电子通过溶液时，界面向阴极移动的体积为t+Vo,如经过溶液电量为 Q,那么，界面向阴极移动体积为QVt Vo(2.10.4)FVQVo(2.10.5)(2.10.6)式中c为MA溶液的浓度(2.10.7)式中I为电流强度，t为通电时间。将式(2.10.6)，式(2.10.7)代入式(2.10.5)中得到cFVIt(2.10.8)本实验是采用第二种方法测定HCI溶液中的H +、Cl-离子的迁移数。迁移管是一支有刻度的玻璃管，下端放Cd

4、棒作阳极，上端放铂丝作阴极(图2.10.2)，迁移管上部为HCI溶液，下部为CdCl2溶液。二者具有共同的阴离子，HCI溶液中加有甲基橙可以形成清晰界面。因为Cd2+淌度(U)较小，即(2.10.9)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HCI溶液，在管中形成界面。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，Cd2+紧紧地跟上，离子的移动速度(V)是相等的，二广 f-由此可得：(2.10.10)结合(2.10.9)和(2.10.10)式得：迪 dEdE dE即在CdCS溶液中电位梯度是较大的，因此若H+

5、因扩散作用落入 CdCS溶液层。它就不仅比Cd2+迁移得快，而且比界面上的H+也要快，能赶回到 HCI层。同样若任何 Cd2+进入低电位梯度的 HCI溶液，它就要减速，一直到它们重又落后于H+为止，这样界面在通电过程中保持清晰。(2.10.11)3仪器试剂T图 2.10.212345 Pt 电极 6 HCI7 CdCl2 8Cd电极(2.10.12)(2.10.13)直流稳压电源直流毫安表电迁移法迁移数测定仪1套HCI 溶液(0.05mol L：)CdCl2溶液(O.OImol L-1)甲基橙指示剂4实验步骤(1) 洗净界面移动测定管，先放置 CdCl2溶液，然后小心放置有甲基橙的 HCI 溶

6、液，按图2.10.2装好仪器。关上开关，使 通过电流为5mA10mA，直至实验完毕。(2) 随电解进行Cd电极不断失去电子 而变成Cd2+溶解下来，由于Cd2+的迁移速 度小于H +，因而过一段时间后(约20min), 在迁移管下部就会形成一个清晰的界面， 界面以下是中性的 CdCl2溶液呈橙色；界面 以上是酸性的HCI溶液呈红色，从而可以 清楚地观察到界面，且渐渐向上移动。每隔10min读一次刻度数据，记下相应的时 间和界面迁移体积数据以及电流值，共读8 套数据。5数据处理(1)数据记录:迁移时间(t/s)迁移体积(V/m(2)作出V-It关系图，由直线斜率求出dV/d(It) 根据公式(2.10.12)和公式(2.10.佝 求出H+、Cl-迁移数t+=cFdV/d(lt)t= 1 -t+6注意事项 测定管要洗净，以免其它离子干扰。 基橙不能加得太多，否则会影响HCI溶液浓度。 通过后由于CdCl2层的形成电阻加大，电流会渐渐变小，因此若实验中使用的不是 恒电流设备，应不断调节电流使其保持不变。7思考题)通电电流(I/A)(1) 迁