实验11：希托夫法测定离子迁移数实验原理

实验11希托夫法测定溶液中

离子的迁移数台州学院医药化工学院物理化学实验组2024-3-5一、实验目的

1．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。2.明确测定离子迁移数时与哪些因素有关,并了解迁移数的意义。3．测定CuSO4溶液中铜离子和硫酸根离子的的迁移数。二、基本原理

通电于电解质溶液之后，溶液中承担导电任务的阴、阳离子分别向阴、阳两极移动;两电极上发生氧化和还原反应;相应的两极区浓度发生了变化;根据法拉第定律，电极上发生物质量的变化与通入电量成正比;通过溶液的电量等于正负离子迁移电量之和;离子的迁移数就是该离子搬运的电量与通过的总电量之比。2.1希托夫法测定离子迁移数的原理在Hittorf迁移管中，装入已知浓度的电解质溶液，接通稳压直流电源，这时电极上有反应发生，正、负离子分别向阴、阳两极迁移。通电一段时间后，电极附近溶液浓度发生变化，小心放出阴极部（或阳极部）溶液，称重并进行化学分析，根据输入的电量和电极区浓度的变化，就可计算离子的迁移数。图1溶液里面离子迁移示意图阳极区

n+(迁出阳极区)＋n+(电解后)＝n+(电解前)＋n+(阳极反应)阴极区

n+(迁入阴极区)＋n+(电解前)＝n+(电解后)＋n+(阴极反应)

图2.1

希托夫法测定迁移数的实验装置图2.2铜为电极电解稀硫酸铜溶液电解后，阴极附近铜离子的浓度变化有两种原因引起迁入电极上的还原反应以物料平衡计算出离子迁移数图2.2希托夫法测定迁移数的实验装置图以某一电极区的某一物质为基准，进行物料恒算，确定n(起始)n(终了)n(电解)n(迁移)的关系

通过电极的电子的物质的量，由库仑计中称重阴极质量的增加而得n(电解)。n(起始)n(终了)通电前、后同等质量溶剂中所含的MA的物质的量可在溶液中间区浓度不变的条件下，分析通电前原始溶液及通电后的阳极区溶液的浓度得到阴阳离子迁移数即可由此求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，这一点与实际情况接近。（2）不考虑离子水化现象。希托夫法的原理较简单，但实验中由于对流、扩散、外界振动及水分子随离子的迁移等因素的影响，数据的准确性往往较差。2.3影响离子迁移数因素一般仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的作用强度改变，离子迁移数也发生变化。如在较浓的溶液中，离子相互引力较大，正负离子的迁移速度均减慢。若正负离子的价数相同，则所受的影响也大致相同，迁移数的变化不大。若价数不同，则价数大的离子的迁移数减小比较明显。温度改变对离子的迁移也有影响。一般当温度升高时，正负离子的速率均加快，两者的迁移数趋于相等。而外加电压大小一般不影响迁移数。2.4迁移数测定常用方法-------界面移动法界面移动法是由测定离子的运动速度以确定离子迁移数的一种实验方法。例如用一种指示离子，造成一个界面ab，观察到清晰界面的缓缓移动,若通电nF

电量后界面移动到a'b'，则可通过溶液的浓度C及ab

与a'b'间的溶液体积以计算C+离子的迁移数。三、仪器与试剂

HTF-7B离子迁移数测定装置迁移数管1支；铜电量计1套；

直流稳压电源1台；移液管2支；滴定管1支；KI溶液(10%)淀粉指示剂(0.5%)硫代硫酸钠溶液（0.0500mol.L-1）HAc溶液(1mol.L-1)HNO3（A.R.）硫酸铜溶液（0.05mol.L-1）１.Ｈb迁移管5.直流电流表9.电极固定板2.阳极6.输出电流调节旋扭10.阴极铜片3.阴极7.阴极插座11.阳极铜片4.库仑计8.阳极插座四、实验步骤

4.1准备工作清洗迁移数管，注意活塞是否漏水。用少量硫酸铜溶液（0.5mol／L）淌洗两次，将该溶液充满迁移数管。将库仑计中阴极铜片取下，用稀硝酸浸洗，（先用细砂纸磨光，除去表面氧化层）再用蒸馏水洗净，用乙醇淋洗并吹干，在分析天平上称重（W1），装入库仑计中。在库仑计中装入大于1／2的饱和硫酸铜溶液。按图连接好迁移管，离子迁移数测定仪和库仑计（注意阴、阳极位置切勿接错）。4.2进行实验电解过程用铜电量计测定通过溶液的电量。接通电源，在电镀液电流密度为10mA/cm2的条件下电镀30分钟左右。取出铜片用蒸馏水洗净，再浸入乙醇溶液中片刻，取出用电吹风吹干并称其重量（W1）。接通电源，按下“稳流”按键，“稳流mA”指示灯亮，调节电流强度为10mA，连续通电60min后切断电源。停止通电后，以免扩散，迅速取阴、阳极区溶液以备称重、滴定。取出阴极铜片用蒸馏水洗净，再浸入乙醇溶液中片刻，取出用吹风吹干并称其重量（W2）。4.3定量实验结果将迁移管中的溶液分为“阳极区”，“中间区”，“阴极区”三份，并分别缓慢将“阳极区”或“阴极区”“中间区”溶液放入干燥的锥形瓶中，再称其各瓶的重量，然后计算各溶液的净重。取阴极区或阳极区和中间区溶液10毫升放入已称量的锥形瓶中再称其各瓶的重量，然后计算各溶液的净重。中间区滴定分析其浓度，检查中间液浓度是否变化。

滴定。各瓶中加入10%KI溶液10mL，1mol.L-1乙酸溶液10mL，用标准硫代硫酸钠溶液滴定，滴至淡黄色，加入1mL0.5％淀粉，在滴至蓝紫色消失。注意，滴定时一定要仔细，数值要准确，因为电解前后浓度变化很小。4.4结束试验记录并处理试验数据清洗迁移数管及其他仪器，将锥形瓶洗净后放入烘箱干燥，将实验仪器归位附1：离子迁移数测定仪使用说明将“输出调节”旋扭反时针旋到底。“输出”端红色为正极，黑色为负极。稳定电流：按下“稳流”按键，“稳流mA”指示灯亮，此时仪器工作在稳流状态。待测定装置全部连接好后，按下电源开关，数显表全亮。顺时针缓慢调节“输出调节”旋扭至所需的实验电流值即可。附2：库仑计使用说明库仑计中共有三片铜片，两边铜片为阳极，中间铜片为阴极。阳极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。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。4.5【注意事项】1.迁移管使用前应检查是否漏水2.通电过程中，实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动等因素必须避免。迁移管应避免振动3.中间管与阴极管、阳极管连接处不留气泡4.本实验由铜库仑计的增重计算电量，因此称量及前处理都很重要，需仔细进行。4.6数据记录室温

；大气压

；阴极重量：电解前

；电解后

；计算结果t(铜离子)

；t(硫酸根离子)

；溶液浓度锥形瓶重量锥形瓶＋溶液重量V硫代硫酸钠阴极区阳极区4.7数据处理（1）从“中间区”析结果求出每克水中的硫酸铜的克数(V*M)【（Na2S2O3）*159.6】/1000=CuSO4的克数溶液克数-CuSO4的克数=水的克数CuSO4的克数/水的克数=CuSO4（克）/H2O（克）4.8数据处理（2）通过“阳极区”溶液的滴定结果，计算出通电后的“阳极区”溶液中每克水中的硫酸铜的克数通过“阳极区”和迁移管内总溶液的体积或重量，计算出n后，n前由铜片的增重，计算出电量n