实验九离子迁移数的测定

1、实验十五 离子迁移数的测定 当电流通过电解质溶液时，溶液中的正负离子各自向阴、阳两极迁移，由于各种离子的迁移速度不同，各自所带过去的电量也必然不同。每种离子所带过去的电量与通过溶液的总电量之比，称为该离子在此溶液中的迁移数。若正负离子传递电量分别为q+和q，通过溶液的总电量为Q, 则正负离子的迁移数分别为：t+=q+/Q t-q-/Q离子迁移数与浓度、温度、溶剂的性质有关，增加某种离子的浓度则该离子传递电量的百分数增加，离子迁移数也相应增加；温度改变，离子迁移数也会发生变化，但温度升高正负离子的迁移数差别较小；同一种离子在不同电解质中迁移数是不同的。离子迁移数可以直接测定，方法有希托夫法、界面

2、移动法和电动势法等。(一) 希托夫法测定离子迁移数 【目的要求】1. 掌握希托夫法测定离子迁移数的原理及方法。2. 明确迁移数的概念。3. 了解电量计的使用原理及方法。【实验原理】希托夫法测定离子迁移数的示意图如图2-15-1所示。将已知浓度的硫酸溶液装入迁移管中，若有Q库仑电量通过体系，在阴极和阳极上分别发生如下反应：阳极： 2OH- 阴极： 2H+2e H2此时溶液中H+离子向阴极方向迁移，SO 2-4 离图2-15-1希托夫法示意图子向阳极方向迁移。电极反应与离子迁移引起的总结果是阴极区的H2SO4浓度减少，阳极区的H2SO4浓度增加，且增加与减小的浓度数值相等，因为流过小室中每一截面的

3、电量都相同，因此离开与进入假想中间区的H+离子数相同，SO 2-4 离子数也相同，所以中间区的浓度在通电过程中保持不变。由此可得计算离子迁移数的公式如下：式中，F为法拉第(Farady)常数；Q为总电量。图2-15-1所示的三个区域是假想分割的，实际装置必须以某种方式给予满足。图2-15-2的实验装置提供了这一可能，它使电极远离中间区，中间区的连接处又很细，能有效地阻止扩散，保证了中间区浓度不变的可信度。 图2-15-2  希托夫法装置图 图2-15-3气体电量计装置图通过溶液的总电量可用气体电量计测定，如图2-15-3所示，其准确度可达±0.1，它的原理实际上就是电解水(

4、为减小电阻，水中加入几滴浓H2SO4)。阳极： 2OH- 阴极： 2H+H22e根据法拉第定律及理想气体状态方程，据H2和O2的体积得到求算总电量(库仑)公式如下：式中，p为实验时大气压；pW为温度为T时水的饱和蒸气压；V为H2和O2混合气体的体积；F为法拉第(Farady)常数。【仪器试剂】迁移管1套；铂电极2支；精密稳流电源1台；气体电量计1套；分析天平1台；碱式滴定管(25mL，3支)；三角瓶(100mL，3只)；移液管(10mL，3支)；烧杯(50mL，3只)；容量瓶(250mL，1只)。H2SO4(C.P.)；NaOH (0.1000mol·dm-3)。【实验步骤】1. 溶

5、液的配制及装样：配制 为0.1mol·dm-3的H2SO4溶液250mL，并用标准NaOH溶液标定其浓度。然后用该H2SO4溶液冲洗迁移管后，装满迁移管。2. 打开气体电量计活塞，移动水准管，使量气管内液面升到起始刻度，关闭活塞，比平后记下液面起始刻度。3. 按图接好线路，将稳流电源的“调压旋钮”旋至最小处。经教师检查后，接通开关，打开电源开关，旋转“调压旋钮”使电流强度为1015mA，通电约1.5h后，立即夹紧两个连接处的夹子，并关闭电源。4. 将阴极液(或阳极液)放入一个已称重的洁净干燥的烧杯中，并用少量原始H2SO4液冲洗阴极管(或阳极管)一并放入烧杯中，然后称重。中间液放入另

6、一洁净干燥的烧杯中。5. 取10mL阴极液(或阳极液)放入三角瓶内，用标准NaOH溶液标定。再取10mL中间液标定之，检查中间液浓度是否变化。6. 轻弹气量管，待气体电量计气泡全部逸出后，比平后记录液面刻度。【注意事项】    电量计使用前应检查是否漏气。    通电过程中，迁移管应避免振动。    中间管与阴极管、阳极管连接处不留气泡    阴极管、阳极管上端的塞子不能塞紧【数据处理】1. 将所测数据列表 室温        ；大气压 

7、0;       ；饱和水蒸气压          ；气体电量计产生气体体积V         ；标准NaOH溶液浓度         。溶液重/g烧杯+溶液重/ g溶液重/gVNaOH/mL            2. 计算通过溶液的总电量Q 3. 计算阴极液通电前后 H2SO4减少的量n 式中，C0为 H2SO4原始浓度；C为通电后 H2SO4浓度；V为阴极液体积(cm3)，由VW/ 求算，其中W为阴极液的重量，为阴极液的密度，(20时0.1mol·dm-3 H2SO4 的1.002g·cm-3)。4. 计算离子的迁移数 tH + 及tSO 2-4 。思 考 题1. 如何保证电量计中测得的气体体积是在实验大气压下的体积？2. 中间区浓度改变说明什么？如何防止？3. 为什么不用蒸馏水而用原始溶液冲洗电极？【讨论】希托夫