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离子迁移数的测定——界面法

实验者：杨岳洋 同组实验者：张知行 学号：2015012012 班级：材54 实验日期：2016年9月19日

助教：袁倩

1 引言 1.1 实验目的

（1）采用界面法测定H的迁移数。

（2）掌握测定离子迁移数的基本原理和方法。

?1.2 实验原理及公式

本实验采用的是界面法，以镉离子作为指示离子，测某浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。 （1）当电流通过电解电池的电解质溶液时，两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别向阴极和阳极迁移。假若两种离子传递的电荷量分别为q?和q?，通过的总电荷量为

Q?q??q?

每种离子传递的电荷量和总电荷量之比，称为离子迁移数。阴、阳离子的离子迁移数分别为

t??q?q， t??? QQ且 t??t??1

在包含数种阴、阳离子的混合电解质溶液中，t?和t?各为所有阴、阳离子迁移数的总和。一般增加某种离子的浓度，则该离子传递电荷量的百分数增加离子迁移数也所制增加。但是对于仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的引力场改变，离子迁移数也会改变，但是变化的大小与正负因不同物质而异。

温度改变，迁移数也会发生变化，一般温度升高时，t?和t?的差别减小。

（2）在一截面均匀垂直放置的迁移管中，充满HCl溶液，通以电流，当有电荷量为Q的电

t?Q当量的H通过界面向上走，t?Q当量的Cl通过界面往下行。流通过每个静止的截面时，

?-假定在管的下部某处存在一个界面（aa?），在该界面以下没有H，而被其他的正离子（例如Cd2??）取代，则此界面将随着H往上迁移而移动，界面的位置可通过界面上下溶液性

?质的差异而测定。例如，利用pH的不同指示剂显示颜色不同，测出界面。在正常条件下，界面保持清晰，界面以上的一段溶液保持均匀，H往上迁移的平均速率，等于界面形成界面向上移动的速率。在某通电的时间t内，界面扫过的体积为V，H输送电荷的数量为该体积中H带电的总数，即

???q??VCF

式中：C为H的浓度，F为法拉第常数，电荷量常以库[仑]（C）表示。 （3）界面保持清晰的原理：

Cd阳极上Cd氧化，进入溶液生成CdCl2，逐渐顶替HCl溶液，CdCl2与HCl不相混合，因为

?Cd2?淌度（u）较小，即UCd2??UH?，因此形成界面。

由于溶液为电中性，离子移动速率相等，即vCd2??vH?，则有UCd2?可得

dE?dE?UH? dLdLdE?dE?，即CdCl2溶液中电位梯度较大（如图 1 ）。界面在通电过程中保持清晰。 dLdL

图1 迁移管中的电位梯度

2.实验操作

2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图

迁移管，SCIENTZ节能型智能恒温槽（宁波新芝生物科技股份有限公司），Cd电极，Ag电极，

毫安表，DHD300V/50mA直流恒压稳流电源（北京大华无线电仪器厂），HCl溶液（0.0961mol/L）

2.2 实验条件

实验室压强：100.84kPa，实验室温度：25℃，实验室湿度：23

2.3实验步骤

（1）按图2所示安装仪器。将超级恒温水域温度调至25.0℃。用少许盐酸溶液（0.0961mol/L）将迁移管润洗两次，然后在整个管中加满盐酸溶液。将镉电极套管加满盐酸溶液，安装在迁

移管下部。迁移管垂直避免震荡，照图连接好线路，检查无误后再开始实验。

图2 界面法测定离子迁移数装置

（1）打开直流恒压稳流电源，选择开关扳至恒压，调节电流在6~7mA之间。出现清晰界面后，当界面移动到第一个刻度时，立即打开秒表。此后每隔一分钟记录时间及对应的电流值。每当界面移动至整刻度时，记下相应的时间及对应的电流值，直到第五个刻度（每个刻度间隔为0.1mL）

（2）关闭电源，开关，过数分钟后，观察界面有何变化，再打开电源，过数分钟后，再观察之，试解释产生变化的原因。

（3）试验完成，在迁移管中加满蒸馏水。

（4）用电流恒定（I=3mA）的方法，记录电流值及界面迁移到整刻度时的时间。 （5）实验结束，收拾整理试验台。

2.4 实验中的注意事项