投影片國(guó)立東華大學(xué)

1、EXP.6 以希特夫法測(cè)離子遷移以希特夫法測(cè)離子遷移數(shù)數(shù)49712029 化三 趙康衡 實(shí)驗(yàn)原理49712074 化三 溫傑程 數(shù)據(jù)處理與討論49712050 化三 葉智豪 公式、儀器、步驟Purpose1 . 掌握希特夫法測(cè)定電解質(zhì)溶液中離子遷移數(shù)的基本原理和實(shí)驗(yàn)操作方法。2 . 測(cè)定AgNO3溶液中Ag+和NO3-的遷移數(shù)。希特夫定則希特夫定則電流通過(guò)溶液時(shí)，電極附近的濃度變化和離子移動(dòng)速率電流通過(guò)溶液時(shí)，電極附近的濃度變化和離子移動(dòng)速率成正比。成正比。 陽(yáng)極處陽(yáng)離子當(dāng)量數(shù)減少量陽(yáng)極處陽(yáng)離子當(dāng)量數(shù)減少量 陰極處陰離子當(dāng)量數(shù)減少量陰極處陰離子當(dāng)量數(shù)減少量ttvvTheory l離子移動(dòng)率(u

2、)在電池中，電荷靠著離子移動(dòng)進(jìn)行傳遞，隨離子的大小及與其他作用力，會(huì)使移動(dòng)速率變化。定義定義：離子於單位電場(chǎng)內(nèi)的移動(dòng)速率)/()/()/(2cmVEscmvsVcm移動(dòng)率與電流移動(dòng)率與電流 I : 電流 Q : 電量 t : 時(shí)間 Z : 離子電荷數(shù) F : 法拉第常數(shù) : 遷移數(shù) V : 電壓)2.(VFZtQI離子遷移數(shù)離子遷移數(shù)(t)定義：定義：溶液中各種不同離子所攜帶的電流量的比例值。因此溶液中的各種離子的遷移數(shù)的總和為1totalAtotalAtotalAAQQIIt測(cè)量遷移數(shù)之方法測(cè)量遷移數(shù)之方法i . 移動(dòng)界面法ii . 電動(dòng)勢(shì)法iii. 希特夫法(電解法)i . 移動(dòng)界面法移動(dòng)

3、界面法在一充滿(mǎn)電解液的管柱的兩端，在一充滿(mǎn)電解液的管柱的兩端，通電使其產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，此通電使其產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，此時(shí)溶液中有兩個(gè)假設(shè)面：時(shí)溶液中有兩個(gè)假設(shè)面：a面以上，面以上，待測(cè)陽(yáng)離子濃度為待測(cè)陽(yáng)離子濃度為0；b面以下，面以下，待測(cè)陰離子濃度為待測(cè)陰離子濃度為0。事先加入事先加入pH指示劑可使此界面清指示劑可使此界面清晰呈現(xiàn)。晰呈現(xiàn)。量測(cè)量測(cè)aa及及bb的長(zhǎng)度，即可得到的長(zhǎng)度，即可得到兩離子間的遷移率比值。兩離子間的遷移率比值。ii . 電動(dòng)勢(shì)法電動(dòng)勢(shì)法使用濃差電池，量測(cè)陰極和陽(yáng)極的電位差後以使用濃差電池，量測(cè)陰極和陽(yáng)極的電位差後以Nernst 方程式計(jì)算遷移數(shù)。方程式計(jì)算遷移數(shù)。 陽(yáng)極

4、：陽(yáng)極： 陰極：陰極：遷移：遷移：eaHpH)()(2112PtpHaHClaHClpHPt| )(| )(| )(| )(|221221aa )(21)(22pHeaH)()(21aHtaHt)()(12aCltaClt總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： 最後代入最後代入Nernst equation由上式，搭配量測(cè)所得的電位差，計(jì)算出遷移數(shù)。由上式，搭配量測(cè)所得的電位差，計(jì)算出遷移數(shù)。tClHtClHaaaazFRTEE)()()()(ln2211)()()()()()(112221aCltaHaHtaCltaHaHt)()()()(1122aClaHtaClaHtiii. 希特夫法希特夫法 (電解法電

5、解法)反應(yīng)在如右圖的電解槽中進(jìn)行，反應(yīng)在如右圖的電解槽中進(jìn)行， 中間中間U形的部分上面有兩個(gè)閥可形的部分上面有兩個(gè)閥可以將電解槽分成三部分。以將電解槽分成三部分。串連水電量計(jì)可以得知通過(guò)電解串連水電量計(jì)可以得知通過(guò)電解槽的電量，最後再以滴定的方式槽的電量，最後再以滴定的方式得到各部份的濃度，再由課本上得到各部份的濃度，再由課本上的公式算出遷移數(shù)。的公式算出遷移數(shù)。Formulal首先由庫(kù)倫定律可知ll離子電流=離子電荷數(shù)x法拉第數(shù)x離子移動(dòng)率x兩電極之間電壓ItQ VuFZQ/tIlZ : 離子電荷數(shù) V : 兩電極之間的電壓lF : 法拉第數(shù)lu : 離子移動(dòng)率lu (離子移動(dòng)率) : 定義

6、為在電場(chǎng)強(qiáng)度下移動(dòng)速率v之間的關(guān)係，表示成 v/El首先要了解其物理意義I和Z、F、u、V之間的關(guān)係。l了解Z、F、u、V為何和I成正比關(guān)係，進(jìn)而和Q成正比關(guān)係，才可以將遷移數(shù)轉(zhuǎn)為用電量即離子移動(dòng)率表示。(稍後解釋)VuFZQ/tIdVEdEuZFnIEuvEvudvZFntZFntQIvdttZFntQI距離電壓代入上式/lE=電壓/距離=ln=mole數(shù)lZ=電荷數(shù)lF=法拉第數(shù)lu=離子移動(dòng)率lV=兩電極間的電壓2dVuFZnI離子遷移數(shù)的定義是各離子物種所攜離子遷移數(shù)的定義是各離子物種所攜帶的電流佔(zhàn)全部的比例帶的電流佔(zhàn)全部的比例t=II+IIIIt可置換成t=II+I=QQ+Q=+Re

7、agent And Instruments 1. 使用的藥品: 高純度的AgNO3晶體粉末 KCl晶體粉末及適量的NaOH2. 電源:最高提供電壓為80V直流電源供應(yīng)器3. 測(cè)定濃度用的儀器是一組玻璃電極和測(cè)電極電位的三用電表4. 磁攪拌器和攪拌子(滴定用)5. 電解槽,水電量計(jì)和電源串連6. 量筒Experiment Instruments l陽(yáng)極： 2OH-(aq)H2O(l)+1/2O2(g)+2e- l陰極： 2H+2e H2l反應(yīng)結(jié)束後，將閥關(guān)上並等一小段時(shí)間使反應(yīng)平衡後，再取其中的溶液進(jìn)行檢測(cè)。l陰極與陽(yáng)極皆以銀金屬構(gòu)成，裝置於長(zhǎng)玻璃管中，以方便固定使用。Procedure1. 配

8、製 為0.1moldm-3的AgNO3溶液250mL，配置0.1MNaOH溶液。然後用蒸餾水溶液沖洗遷移管後，裝滿(mǎn)遷移管。2.裝入配置0.1MNaOH溶液,打開(kāi)水電量計(jì)活塞，移動(dòng)水準(zhǔn)管，使量氣管內(nèi)液面升到起始刻度，關(guān)閉活塞，比平後記下液面起始刻度。3.按圖接好線(xiàn)路，將穩(wěn)流電源的“調(diào)壓旋鈕”旋至最小處。經(jīng)教師檢查後，接通開(kāi)關(guān)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)“調(diào)壓旋鈕”使電流強(qiáng)度為4mA(不可產(chǎn)生氣泡)4.等水電量計(jì)有足夠的氣體產(chǎn)生後(約6ml左右)停止電解,關(guān)掉電源,此時(shí)記錄水電量計(jì)水柱部分刻度5.由下方活栓取出陽(yáng)極部份,陰極部份及中間溶液部份的電解液並以量筒記錄其體積。6.分別取約1020ml溶液(要精確

9、的記錄其體積)以KCl滴定並計(jì)算其濃度(終點(diǎn)電極電位約0.223V)Result And Data Processing l由水電量計(jì)可測(cè)得氣體之總體積為VTOT，而水電量計(jì)進(jìn)行的是電解水。故可由PV = nRT來(lái)推得nH2 (VH2、R、T、 P 均已知)又因?yàn)椋汗士梢缘玫絈TOT之值。222222;1:2:313221222HOHOHOHTOTnnVVVVVOHOH322NOAgHHTOTQQZnQl而在滴定結(jié)束後，計(jì)算陰極(Cathode)跟陽(yáng)極(Anode)之銀離子增加或減少的濃度，再與中央的做比較。由上式可以推出在陰極(Cathode)增加的陽(yáng)離子(銀離子)的量與在陽(yáng)極(Anode)

10、減少的陽(yáng)離子的量。.,., (s)33)(:)Vc (C()(:? C :AgNO3KClAgClKNOAgNOKCl )A0.223V(3333 33CathCathinitAgNOTOTnninitAgNOanodeanodeinitAgNOanodeTOTAgAgNOAgNOAgNOKClKClVCCQQAgcathodeforZoncZnQCAganodeanodeAgVCCQQanodeforCVCVgCl；升高側(cè)的移動(dòng)，使會(huì)向之體積可測(cè)知與濃度和體積，且又之還原電位位為在達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)之電NoImage之溶液濃度起始中間陽(yáng)極溶液之濃度陰極溶液之濃度；陽(yáng)極所取出之溶液體積；陰極所取出之溶液體積)(CCCV,AAnode.CAnode.3MiddleinitgNOathCathCVl再由之前的公式來(lái)計(jì)算出 t+ (或 t Ag+ , 銀離子的遷移數(shù))：最後再由上式推出 t -。AgNONOAgTOTAgNOAgAgAgttttQQQQQt11333又Discussionl在電解完成後，中間的硝酸銀濃度有可能會(huì)與剛開(kāi)始測(cè)量時(shí)有所不同 ?l水電量計(jì)在電流過(guò)大的狀態(tài)下，可能不是進(jìn)行電解水之動(dòng)作，而是進(jìn)行電解電解質(zhì)之動(dòng)作，而使測(cè)量產(chǎn)生誤差。l除了水電量計(jì)以外，吾等還可以利用金屬電量計(jì)(例如