界面移动法测定离子的迁移数_精品文档.doc
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界面移动法测定离子的迁移数
一实验目的
1:
用界面移动法测定H+的迁移数。
2:
用图解积分法测定电量。
二实验原理
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方法。
图1为测定CA溶液中C+离子的迁移数,可加入C'A溶液做指示溶液,两种溶液可形成清晰界面。
通电后,C+和C'+离子同时向阴极移动,若选择适宜的条件以使C'离子的移动速度略小于C+离子的移动速度,则可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。
若通过的电量为nF,有物质的量t+n的C+离子通过界面a′b′,也即是在界面ab到a′b′间的全部C+离子通过了a′b′。
若界面ab与a′b′间的液柱体积为V,溶液的浓度为c。
图1界面移动法原理
则有:
t+n=Vc
t+=Vc/n(8.2.5)
V可由测得的玻璃管的直径与界面移动距离aa′算出;n可由电量计测出。
因此t+可以方便地测得。
图2 界面移动法测离子迁移数装置示意图
本实验用Cd2+作为指示离子,测定0.1mol·dm-3HCl中H+的迁移数。
因为Cd2+淌度(U)较小,即UCd<UH.在图2的实验装置中,通电时,H+向上迁移,Cl-向下迁移,在Cd阳极上Cd氧化,进入溶液生成CdCl2,逐渐顶替HCl溶液,在管中形成界面。
设V0是含有MA物质的量为1mol的溶液的体积,当有1mol的电子通过溶液时,界面向阴极移动的体积为,如经过溶液电量为QC,那么,界面向阴极移动体积为
(1)
(2)
又(3)
式中c为MA溶液的浓度
(4)
式中I为电流强度,t为通电时间。
将式(3),式(4)代入式
(2)中得到
本实验要求学生掌握迁移数,离子淌度,电解质,电解池,阳极及阴极等电化学基本概念,了解离子导电及迁移机理.可让学生针对H+或(OH-)迁移速率快于其它离子及影响离子迁移速率的因素进行思考与讨论。
三实验注意事项
(1)测定管要洗净,以免其它离子干扰。
往测定管中加待测液时,要小心缓慢,避免有气泡。
(2)管内溶液加到能没过电极。
管上端电极为负极,下端电极为正极,外接电源时不能接反。
(3)打开开关,若电流表指针偏转,说明电路已通。
若指针不偏转,说明有气泡。
小心用细电线或针头排解气泡,直至形成通路。
通电过程中,迁移管应避免振动,以保持界面清晰。
(4)随电解进行,待测液浓度在变化,通电后由于CdCl2层的形成电阻加大,电流会渐渐变小。
因此电流表读数减小属正常变化,实验一旦开始,就不能再去调电流表。
(5)电流-时间曲线上电流的单位应为mA,本实验中R=1欧姆,1mA=1mV,所以计算机记录的纵坐标单位是mV。
(6)恒温槽控温要严格,温度较大的波动会使积分曲线波动,影响面积的准确计算。
(7)Q=It,电流-时间曲线下的面积即为总电量,用几个小梯形面积计算后叠加而得。
(8)镉离子有毒,废液应倒入回收瓶中。
四实验数据和结果
平均室温:
21.6oC平均压强:
103.15kPa
HCl浓度0.1037mol/L标准电阻:
1Ω
表125oC界面移动距离及电流
No.
(25oC)
每次界面移动电动势/ml
I/mA
Q/(mA·S)
tH+
V/ml
t/s
1
0
0.4
3.22
2
0.5
195.5333
3.11
3
1
397.0333
2.99
4
1.5
588.25
2.91
5
2
795.0167
2.83
6
2.5
1023.083
2.74
7
3
1251.25
2.65
8
3.5
1473.05
2.58
9
4
1702.217
2.53
表235oC界面移动距离及电流
No.
(35oC)
每次界面移动电动势/ml
I/mA
Q/(mA·S)
tH+
V/ml
t/s
1
0
1
3.26
2
0.5
194
3.16
3
1
427
3.05
4
1.5
592
2.98
5
2
803
2.90
6
2.5
1012
2.83
7
3
1232
2.77
8
3.5
1461
2.69
9
4
1692
2.64
10
4.5
1936
2.58
表340oC界面移动距离及电流
No.
(40oC)
每次界面移动电动势/ml
I/mA
Q/(mA·S)
tH+
V/ml
t/s
1
0
1
4.52
2
0.5
142
4.39
3
1
288
4.26
4
1.5
430
4.15
5
2
583
4.04
6
2.5
738
3.94
7
3
896
3.83
8
3.5
1060
3.74
9
4
1322
3.61
10
4.5
1402
3.57
表450oC界面移动距离及电流
No.
(50oC)
每次界面移动电动势/ml
I/mA
Q/(mA·S)
tH+
V/ml
t/s
1
0
36
4.27
2
0.5
3
1
4
1.5
5
2
6
2.5
7
3
8
3.5
9
4
1433
3.51
查阅文献可得:
25oC下盐酸溶液中H+的迁移数为0.82,则
误差=(0.83-0.82)/0.82=1.22%
由tH+对T作图可得如下的曲线:
图3迁移数随温度的变化关系
可见,温度升高,迁移数变小,表明H+迁移速率变慢。
原因是H+迁移主要靠水分子中的氢键进行传递,所以速率较快。
随温度升高,越来越多的氢键遭到破坏,H+迁移变得困难。
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