離子遷移數(shù)的測定

1、實驗目的實驗目的1實驗原理實驗原理2實驗步驟實驗步驟3數(shù)據處理數(shù)據處理4結果討論結果討論4 1掌握希托夫法測定電解質溶液中離子遷掌握希托夫法測定電解質溶液中離子遷移數(shù)的某本原理和操作方法。移數(shù)的某本原理和操作方法。 2測定測定CuSO4溶液中溶液中Cu2+和和SO42-的遷的遷移數(shù)。移數(shù)。 把離子B所運載的電流與總電流之比稱為離子B的遷移數(shù)（transference number）用符號 表示。Bt是量綱為1的量，數(shù)值上總小于1。Bt 由于正、負離子移動的速率不同，所帶的電荷不等，因此它們在遷移電量時所分擔的分數(shù)也不同。BBdef ItI其定義式為：IQrUtIQrrUU遷移數(shù)在數(shù)值上可表示為

2、：1tt負離子應有類似的表示式。如果溶液中只有一種電解質，則：+1ittt如果溶液中有多種電解質，共有 i 種離子，則： 當電流通過電解質溶液時，溶液中的正負當電流通過電解質溶液時，溶液中的正負離子各自向陰、陽兩極遷移，由于各種離離子各自向陰、陽兩極遷移，由于各種離子的遷移速度不同，各自所帶過去的電量子的遷移速度不同，各自所帶過去的電量也必然不同。每種離子所帶過去的電量與也必然不同。每種離子所帶過去的電量與通過溶液的總電量之比，稱為該離子在此通過溶液的總電量之比，稱為該離子在此溶液中的遷移數(shù)。溶液中的遷移數(shù)。 影響影響離子遷移數(shù)的因素：離子遷移數(shù)的因素：濃度濃度、溫度、溶劑的、溫度、溶劑的性質

3、性質（1）增加某種離子的濃度則該離子傳遞電量的）增加某種離子的濃度則該離子傳遞電量的百分數(shù)增加，離子遷移數(shù)也相應增加；百分數(shù)增加，離子遷移數(shù)也相應增加；（2）溫度改變，離子遷移數(shù)也會發(fā)生變化，但）溫度改變，離子遷移數(shù)也會發(fā)生變化，但溫度升高正負離子的遷移數(shù)差別較??；溫度升高正負離子的遷移數(shù)差別較小；（3）同一種離子在不同電解質中遷移數(shù)不同。）同一種離子在不同電解質中遷移數(shù)不同。 離子遷移數(shù)的測定方法：離子遷移數(shù)的測定方法： 離子遷移數(shù)可以直接測定離子遷移數(shù)可以直接測定，方法有希托夫法、，方法有希托夫法、界面移動法和電動勢法等。界面移動法和電動勢法等。 用希托夫法測定用希托夫法測定CuSO4溶液

4、中溶液中Cu2+和和SO42-的遷移數(shù)時，在溶液中間區(qū)濃度不變的遷移數(shù)時，在溶液中間區(qū)濃度不變的條件下，分析通電前原溶液及通電后陽極的條件下，分析通電前原溶液及通電后陽極區(qū)（或陰極區(qū)）溶液的濃度，比較等重量溶區(qū)（或陰極區(qū)）溶液的濃度，比較等重量溶劑中所含劑中所含Cu2+和和SO42- 的量，可計算出通的量，可計算出通電后遷移出陽極區(qū)（或陰極區(qū)）的電后遷移出陽極區(qū)（或陰極區(qū)）的 Cu2+和和SO42- 的量。的量。 通過溶液的總電量通過溶液的總電量Q由串聯(lián)在電路中的電量由串聯(lián)在電路中的電量計測定。可算出計測定?？伤愠鰐+和和t-。 在遷移管中，兩電極均為在遷移管中，兩電極均為Cu電極。其中放電極

5、。其中放CuSO4溶溶液。通電時，溶液中的液。通電時，溶液中的Cu2+在陰極上發(fā)生還原，而在陰極上發(fā)生還原，而在陽極上金屬銅溶解生成在陽極上金屬銅溶解生成Cu2+。因此，通電時一方。因此，通電時一方面陽極區(qū)有面陽極區(qū)有Cu2+遷移出，另一方面電極上遷移出，另一方面電極上Cu溶解生溶解生成成Cu2+，因而，因而對陽極區(qū)的對陽極區(qū)的Cu 2+有有 nnnn遷后原電2uCntn遷電2241uSOCtt nnnn遷后原電2uCntn遷電2241uSOCtt 式中式中： n遷遷表示遷移出陽極區(qū)的電荷的量；表示遷移出陽極區(qū)的電荷的量； n原原表示通電前陽極區(qū)所含電荷的量表示通電前陽極區(qū)所含電荷的量； n后

6、后表示通電后陽極區(qū)所含表示通電后陽極區(qū)所含Cu2+的量。的量。 n電電表示通電時陽極上表示通電時陽極上Cu溶解（轉變?yōu)槿芙猓ㄞD變?yōu)镃u2+）的量）的量（1）電的輸送者只是電解質的離子，溶劑水不）電的輸送者只是電解質的離子，溶劑水不導電，這一點與實際情況接近。導電，這一點與實際情況接近。（2）不考慮）不考慮離子水化離子水化現(xiàn)象。現(xiàn)象。 實際上正、負離子所帶水量不一定相同，實際上正、負離子所帶水量不一定相同，因此電極區(qū)電解質濃度的改變，部分是由于因此電極區(qū)電解質濃度的改變，部分是由于水遷移所引起的，這種不考慮離子水化現(xiàn)象水遷移所引起的，這種不考慮離子水化現(xiàn)象所測得的遷移數(shù)稱為希托夫遷移數(shù)。所測得的

7、遷移數(shù)稱為希托夫遷移數(shù)。 遷移管遷移管1套；套； 銅電極銅電極2只只（置于希托夫遷移管內）置于希托夫遷移管內）； 離子遷移數(shù)測定儀離子遷移數(shù)測定儀1臺；臺； 銅電量計銅電量計1臺；臺； 分析天平分析天平1臺；臺； 臺秤臺秤1臺；臺； 堿式滴定管堿式滴定管(250mL)1只；只； 碘量瓶碘量瓶(100mL) 8只；只； 移液管移液管(10 mL) 3只；只； KI溶液溶液(10%)； 淀粉指示劑淀粉指示劑 (0.5%)； 硫代硫酸鈉溶液硫代硫酸鈉溶液 (0.1mol.L-1) K2Cr2O7溶液溶液(0.015mol.L-1) HCl溶液（溶液（ 6mol.L-1） 硫酸銅溶液（硫酸銅溶液（0.

8、05mol。L-1）；）； HNO3 (1mol.L-1)，清洗銅電極，去除銅，清洗銅電極，去除銅電極表面氧化層電極表面氧化層 無水乙醇（清洗銅電極用）無水乙醇（清洗銅電極用） Na2S2O3標準液的標定：標準液的標定：準確移取準確移取20mL標標準準K2Cr2O7溶液于溶液于250mL的碘量瓶中，加的碘量瓶中，加入入4mL 6mol/L的的HCl溶液，溶液，8mL 10%的的KI溶液，搖勻后放在暗處溶液，搖勻后放在暗處5min，待反應，待反應完全后，加入完全后，加入80mL蒸餾水，立即用待滴定蒸餾水，立即用待滴定的的Na2S2O3溶液滴定至近終點，即溶液呈淡溶液滴定至近終點，即溶液呈淡黃色，

9、加入黃色，加入0.5%的淀粉指示劑的淀粉指示劑1mL（大約（大約10滴），繼續(xù)用滴），繼續(xù)用Na2S2O3溶液滴定至溶液呈溶液滴定至溶液呈現(xiàn)亮綠色為終點?，F(xiàn)亮綠色為終點。 2272272232236c K Cr OV K Cr Oc Na S OV Na S O1配制0.05mol/L硫酸銅溶液250mL（實驗教師準備）。2洗凈所有容器。用配好的0.05mol/L的硫酸銅溶液洗滌希托夫遷移管（3次），然后在遷移管中裝入該溶液（不能有氣泡），注意控制好液面在合適位置（液面不要太高，但是需保證陰極區(qū)、中間區(qū)和陽極區(qū)溶液連通）。3將放在1mol/L的硝酸溶液中洗滌一下（快速），以除去表面的氧化層，然

10、后用蒸餾水沖洗。4將遷移管中的兩個銅電極放入（遷移管）裝置中。5將庫侖計中處理過的銅陰極用無水乙醇淋洗一將庫侖計中處理過的銅陰極用無水乙醇淋洗一下，放入下，放入40C烘箱內烘干，在天平上準確稱重烘箱內烘干，在天平上準確稱重得得m1。6將作為陽極的兩個銅電極和準確稱重后的銅陰將作為陽極的兩個銅電極和準確稱重后的銅陰極一同放入盛有鍍銅液的庫侖計中極一同放入盛有鍍銅液的庫侖計中（鍍銅液組成：（鍍銅液組成：100 ml水中含水中含15gCuSO4.5H2O，5ml濃濃H2SO4，5ml無水無水乙醇）。乙醇）。 7連接測量線路（連接測量線路（注意：通電前及關電前電流粗注意：通電前及關電前電流粗調、電流細

11、調旋鈕必須調至最小處調、電流細調旋鈕必須調至最小處）。接通電源，）。接通電源，通過調節(jié)使電流穩(wěn)定在通過調節(jié)使電流穩(wěn)定在10mA左右。左右。8通電通電90分鐘，分鐘，將粗細調旋鈕調到最小后關閉電將粗細調旋鈕調到最小后關閉電源源。取出庫侖計中的銅陰極，用無水乙醇淋洗，。取出庫侖計中的銅陰極，用無水乙醇淋洗，再放入再放入40C烘箱內烘干，在天平上準確稱重得烘箱內烘干，在天平上準確稱重得m2。（通過。（通過m1, m2計算通過的電量）計算通過的電量）9分別將遷移管的陰、陽極區(qū)及中間區(qū)的CuSO4溶液全部取出，放入已知質量的錐形瓶稱重，然后分別加入10%KI溶液10ml、1mol/L醋酸溶液10ml，用

12、標準硫代硫酸鈉溶液滴定，溶液至淡黃色，加入1ml淀粉指示劑，再滴至紫色消失。（注意：注意：從遷移管中取溶液時電極需要稍稍打開，盡量不要攪動溶液，陰極區(qū)和陽極區(qū)的溶液需要同時放出，防止中間區(qū)溶液的濃度改變）。10在通電期間，對通電前的硫酸銅溶液滴定分析。分析方法同9。 （1）從從通電前溶液通電前溶液分析結果得到每克水中所含的分析結果得到每克水中所含的硫酸銅克數(shù)硫酸銅克數(shù)， 其中其中水的克數(shù)溶液克數(shù)硫酸銅的克數(shù)水的克數(shù)溶液克數(shù)硫酸銅的克數(shù)（2）通過通電后陽極區(qū)溶液的滴定分析結果，得）通過通電后陽極區(qū)溶液的滴定分析結果，得到到通電后陽極區(qū)溶液中所含的硫酸銅的克數(shù)通電后陽極區(qū)溶液中所含的硫酸銅的克數(shù)，

13、并得到并得到陽極區(qū)所含的水量陽極區(qū)所含的水量，從而求出通電前陽，從而求出通電前陽極區(qū)溶液中所含的硫酸銅克數(shù)，最后得到極區(qū)溶液中所含的硫酸銅克數(shù)，最后得到n后后和和n前前。3.由電量計中陰極銅片的增量，由電量計中陰極銅片的增量，根據根據法拉第定律法拉第定律算算出通入的總電量出通入的總電量，并計算出陽極區(qū)溶解的，并計算出陽極區(qū)溶解的Cu的物的物質的量，即質的量，即n Cu2+,電電4. 代入公式得到離子的遷移數(shù)代入公式得到離子的遷移數(shù)5. 計算陰極區(qū)離子的遷移數(shù)，與陽極區(qū)的計算結果計算陰極區(qū)離子的遷移數(shù)，與陽極區(qū)的計算結果進行比較，分析進行比較，分析。6. 中間區(qū)的分析測定結果（觀察返混情況）中間

14、區(qū)的分析測定結果（觀察返混情況）nnnn遷后原電2uCntn遷電2241uSOCtt 1.實驗中的銅電極必須是純度為實驗中的銅電極必須是純度為99.999%的電解銅。的電解銅。 2.實驗過程中凡是能引起溶液擴散，攪動等因素必須實驗過程中凡是能引起溶液擴散，攪動等因素必須避免。電極陰、陽極的位置能對調，遷移管及電極避免。電極陰、陽極的位置能對調，遷移管及電極不能有氣泡，兩極上的電流密度不能太大。不能有氣泡，兩極上的電流密度不能太大。 3.本實驗中各部分的劃分應正確，本實驗中各部分的劃分應正確，不能將陽極區(qū)與陰不能將陽極區(qū)與陰極區(qū)的溶液錯劃入中部，這樣會引起實驗誤差極區(qū)的溶液錯劃入中部，這樣會引起實驗誤差。 4.本實驗由銅庫侖計的增重計算電量，因此稱量及前本實驗由銅庫侖計的增重計算電量，因此稱量及前處理