离子的迁移数

1、希托夫法测定离子的迁移数一、实验目的掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁移数的基本原理和操作方法。测定CuSQ溶液中Cu2 +和SO2和迁移数。二、实验原理当电流通过电解质溶液时， 在两电极上发生氧化、 还原反应，反应物质的量与通过电量 的关系服从法拉第定律。同时，在溶液中的正、负离子分别向阴、阳两极迁移，由于正、负 离子的移动速度不同， 所带电荷不等，因此它们在迁移电量时所分担的份额也不同。电解的结果是两极区的溶液浓度发生了变化。为了表示电解质溶液中离子的特征，以及它们对溶液导电能力贡献的大小，引入离子迁移数的概念。阴极区A中间区 B 阳极区+ + + + + + -F + + + + +十十

2、十十通电前+/一通电放电后图21.1离子电迁移示意图在两个惰性电极之间设想两个假想截面AA、BB ,将电解池分成阳极中间区和阴极区（图21.1）。假定电解质 MA溶液中仅含有一价正、负离子 M +和A一，且负离子的运动速度是正 离子运动速度的三倍，即 v_=3v+。电极通电、放电后的结果是：阴极区：只剩下2个离子对，这是由于从阴极区移出三个负离子所致；阳极区：只剩下4个离子对，这是由于从阳极区移出一个正离子所致。通过溶液的总电量 Q为正、负离子迁移电量的总和，即4个电子电量，因此可以得到如下关系:v+_阳极区减少的电解质 _正离子迁移的电荷量（QJ匚一阴极区减少的电解质 一负离子迁移的电荷量

3、（QJ定义离子的迁移数为：正离子迁移数t+ = Q土，负离子迁移数Q通电时，一方面阳极区有 Cu2迁出，另 因而有：离子迁移数可以用希托夫法进行测定， 其实验原理如图2所示，包括一个阴极管、 一个阳极管和一个中间管，外电路中串联有库仑电量计（本实验中采用铜电量计），可 测定通过电流的总电量。 在溶液中间区浓度 不变的条件下，分析通电前原溶液及通电后 阳极区（或阴极区）溶液的浓度，比较等重 量溶剂所含MA的量，可计算出通电后迁移 出阳极区（或阴极区）的 MA的量。通过溶 液的总电量Q,由串联在电路中的电量计测 定。根据公式式可计算出 t+和t_。以CuSQ溶液为例，在迁移管中，两 电极均为铜电极

4、，其中放入 CuSQ溶液。 、一 下r 、，、.、，-9 +通电时，溶彼中的Cu 在阴极上发生还原， 而在阳极上金属铜溶解生成 Cu 2+。2方面电极上 Cu溶解生成Cu2进入阳极区，n电解后=n电解前十 n反应一 n迁移整理得到：n迁移=n电解前, n反应一 n电解后式中：归移表示迁移出阳极区的 Cu2+量；n电解前表示通电前阳极区所含 Cu2+的量；n电解后 表示通电后阳极区所含 Cu2+的量；n反应表示通电日阳极上 Cu溶解（转变为Cu2+）的量, 也等于铜电量计阴极上析出铜的量。可以看出，希托夫法测定离子的迁移数至少包括两个假定：（1）电的输送者只是电解质的离子，溶剂水不导电，这一点与

5、实际情况接近；（2）不考虑离子水化现象。实际上正、负离子所带水量不一定相同，因此电极区电解质浓度的改变，部分是由于水迁移所引起的。这种不考虑离子水化现象所测得的迁移数称为希托夫迁移数。三、仪器与试剂LQY离子迁移数测定装置 1套，紫外-可见分光光度计，100ml锥形瓶2只，25ml锥 形瓶4只，25ml移液管4支，5ml移液管2支，10ml移液管2支，250ml容量瓶1只， 100ml容量瓶2只，镀铜液（参见“实验九原电池电动势的测定”），无水乙醇（ A.R.）,1mol dm 玉NO3 溶液，0.5mol dmCuSO,溶液，乙二胺四乙酸二钠（EDTA,a.R.）, 乙酸（A.R.）,乙酸钠

6、（A.R.） , CuCl2 （A.R.）四、实验步骤I、仪器说明：图21.3 LQY离子迁移数测定装置连接图1、迁移管 2、阳极 3、阴极 4、库仑计 5、阴极插座6、阳极插座 7、电极固定板 8、阴极铜片 9、阳极铜片A、库仑计使用方法：1、库仑计中共有三片铜片，两边铜片为阳极，中间铜片为阴极。2、阳板铜片固定在电极固定板上，不可拆下，阴极铜片由阴极插座固定。拆下或固定阴极 铜片时只需反时针旋松或顺时针旋紧阴极插座即可。3、电极固定板上有两个阳极插座，实验中可任意插入其中一个插座。B、前面板示意图：1、正极接线柱：负载的正极接入处。2、接地接线柱。3、负极接线柱：负载的负极接入处。4、电流

7、粗调：粗略调节电流所需电流值。5、电流细调：精确调节电流所需电流值。6、计时按钮：按下此按钮，停止或开始计时。7、电源开关。8、计时指示：计时开始计时指示灯亮。9、输出电压显示窗口：显示输出的实际电压值。10、输出电流显示窗口：显示输出的实际电流值。11、时间显示窗口：显示计时时间。II、 铜电量计的阴极和阳极为铜片。实验前将铜电极用金相砂纸蘸水打磨，再用_31mol dm HNO3溶液稍微浸洗一下， 以除去表面的氧化层， 然后蒸储水冲洗。 在铜电量计中加入镀铜液，安装好电极，连接电源后，在5mAi流下电镀1小时，取出铜阴极，用蒸储水冲洗，乙醇润湿后用热风吹干（温度不可太高，电吹风离开电极一段

8、距离），冷却后称重（W）。3-III、将电解用铜电极用金相砂纸蘸水打磨，再用1moldm HNO3溶液稍微浸洗一下， 以除去表面的氧化层，然后蒸储水冲洗。清洗迁移管。注意活塞是否漏水。在1000ml容量瓶中3配制0.025mol dm CuSO,溶液，用少量溶液荡洗迁移管两次，用该溶液充满迁移管，注 意管中不能有气泡。IV、按图3连接实验装置。接通电源，仔细调节使电流约在 20mA左右，通电90分钟，电解 过程中要避免振动、 摇晃等会引起各管中溶液混合的行为。电解结束后切断电源， 迅速将阳极管上的电极塞取下， 打开阳极管底部活塞， 将阳极区溶液放入已知质量的、 干燥的100ml 锥形瓶中称重（

9、准确至 0.01g）,注意不要使中间管中的溶液一起流出。V、取出电量计中的阴极铜片，用蒸储水冲洗，乙醇润湿后用热风吹干，冷却后称重（W2）。VI、准确移取25ml阳极区溶液在电子天平上准确称重。另取25ml原3 一0.025mol dm CUSO4溶液准确称重，再取 25ml通电后中间区 CuSOk溶液准确称重。VII、将上述三份准确称重的 25ml溶液在分光光度计扫描吸光度曲线，测量方法参见附录。3 一若原0.025mol dm CUSO4溶液与中间区 CuSO4溶液的测定浓度偏差大于 3%,说明中间 区溶液已经与阳极区溶液发生返混，应重新进行测定。2 1-Cu溶解成Cu 的摩尔数五、数据记

10、录和处理1、根据铜电量计阴极铜片在通电前后的质量差，计算电极上n -W2 -W1n反应/ mol M Cu式中Mcu =63546g，mo，是铜的摩尔质量。2、根据分光光度法测定的阳极区溶液的Cu2+浓度a日/mol dm工（以下各式中的浓度c的单位均与此相同），计算 25ml阳极区溶液中的CuSO4摩尔数n25ml,阳 / mol =0.025。日再根据通电后整个阳极区溶液质量W阳和25ml阳极区溶液质量 W阳,25ml，换算出通电后阳极区溶液中的CuSO4摩尔数n电解后n电解后/mol 二n25ml,阳并计算出整个阳极区中溶剂水的质量W 水W水二W日 一 n电解后M CuSO4式中M Cu

11、SO4 =159.6086 g ,mol,是硫酸铜的摩尔质量。 323、分别对比原0.025mol dm CuSO4溶液和通电后中间区 CuSO2木液的分光光度法测定结果和称重质量，如差别不大，则取两者的平均值作为电解前溶液中的CuSO4浓度8和25ml电解前溶液质量 W中,25ml。据此计算出电解前每克溶剂水中CuSO4摩尔数0.02取W中 25ml -0.025c中并换算出与整个阳极区溶剂水同质量（W水）的电解前溶液中CuSO4的摩尔数n电解前0.025c 中n电解前/ mol :W 25ml -0.02554、计算Cu的电迁移量:n迁移n电解前 + n反应一 n 电解后5、计算正、负离子

12、的迁移数:Cu2 一n反应t 2 = 1 - t 2SO：Cu2 -据此tCu2 T 一n电解后一 n电解前n反应 TOC o 1-5 h z 0 :二 tCu2二 1二 n电解后n电解前，即电解后的阳极区 CuSO4浓度比电解前增大。文献数据：121水溶披中一Cu2的极限摩尔电导率 k*/S cm mol :20oC 28, 18oC 45.3, 25oC 53.612 2水溶披中一SO4的极限摩尔电导率 九_/S cm mol : 2一0oC 41, 18oC 68.4, 25oC 8018oC无限稀释水溶液中的离子淌度U M108/m2 -Vs： HYPERLINK l bookmark

13、31 o Current Document Cu4.6,SC42 -7.1六、思考题1、中间区溶液浓度发生变化说明什么？如何防止?2、除铜电量计外，你还可以设计出怎样的电量计?附录铜离子标准溶液配制和铜离子浓度的分光光度法测定仪器和试剂以及溶液配制安捷伦紫外可见分光光度计。乙二胺四乙酸二钠盐溶液 （EDTA）:称取乙二胺四乙酸二钠盐 74.5 g,用水溶解后再稀释 至l L ,浓度为 0.2 mol L。醋酸-醋酸钠缓冲溶液：称取结晶醋酸钠132.3 g,溶于水后加入冰醋酸 2.36 mL ,用水稀释至1 L,溶液pH=6o缓冲溶液也可以用市售标准缓冲液样品配制。铜标准溶液：准确称取 99.99%的氯化铜0.5 g,移入100 mL容量瓶中，稀释至刻度， 配制成铜离子摩尔浓度为 0.05 mol L的铜标准溶液。实验方法吸取铜标准溶液5 mL于50 mL容量瓶中，加入15 mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液 （可不用） 和25 mL乙二胺四乙酸二钠盐溶液，