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离子迁移数的测定——界面法
姓名：张冶 学号： 班级:化21
同组实验者：努尔艾力·麦麦提
实验日期：2014年12月4日 提交报告日期：2014年12月7日
实验助教：王溢磊
1 引言
1.1 实验目的
1.采用界面法测定H离子的迁移数。
2.掌握测定离子迁移数的基本原理与方法。
+
1.2 实验原理[1]
当电流通过电解池溶液时，电极上发生化学变化，溶液中阳离子与阴离子分别向阴极和阳极迁移。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
每种离子传递的电荷量与总电荷量之比称为离子迁移数，则阴、阳离子的迁移数分别为
且
在包含数种电解质的溶液中，t-和t+分别为所有阴、阳离子迁移数总和，一般增加某种
离子浓度，其离子迁移数增加；对只含一种电解质的溶液，浓度的改变使离子间引力场改变，自然离子迁移数也改变；若温度改变，迁移数亦变化，一般温度升高时，t-和t+差别减小。
+
实验中采用界面法，以镉离子作为指示离子，测量一定浓度的盐酸溶液中H离子迁移数。在一截面均匀的垂直放置的迁移管中充满盐酸溶液，通以电流，当有Q电量的电流通过每个静止的截面时，t+Q当量的H上行，t-Q当量的Cl通过界面下移。假定在管的下部某处存在
+2++
一个界面，界面以下没有H而被Cd取代，此界面将随H的上移而移动，界面位置可利用界面上下溶液pH值的不同，使用指示剂显色。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向上迁移的平均速率等于界面上移速率。在某通电时间t内，界面扫过体积V，H+输送电荷数为该体积中H+带电总数，即
+
式中：C为H的浓度，F为法拉第常数，电荷量以库[仑](C)计。
要想使界面保持清晰，须使界面上、下的电解质不相混合，这可
2+2+
通过选择合适的指示离子在通电情况下达到，Cd就符合这个要求。Cd的淌度(U)较小，有
通电时，H上行Cl下移，Cd在Cd电极上氧化并经入溶液中生成
CdCl2，逐渐顶替HCl，在管内形成界面。由于溶液呈电中性，任意截
+2+
面都不会中断传递电流，H迁移走后Cd紧随其后且两者迁移速率相等，则
+
-+
-
.
.
+2+
说明CdCl2溶液中电位梯度较大(如图1)，导致H难以扩散至下层，而Cd也难以扩散到界面以上，可保持界面清晰。
2 实验操作
2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图
一次性移液管，DC-0510节能型智能恒温槽，DHD 300 V/500 mA直流稳压稳流电源，Cd电极，针状Ag电极，UT56数字万用电表，HCl-甲基橙溶液(HCl浓度为0.100 mol/L)，秒表。
2.2 实验条件
实验室中为102.10 kPa，11.2 ℃。
2.3 实验操作步骤及方法要点
1) 用带有甲基橙的盐酸润洗两次迁移管，然后加满盐酸溶液。
将镉电极打磨后在套管中加满盐酸溶液，安装在迁移管下部，并注意排出气泡。将银电极置于顶部，迁移管垂直固定避免震荡，连接好线路。
2) 调稳压稳流电源至稳压，电流6~7mA。当界面移动到第一
个刻度时，立刻打开秒表。此后每隔一分钟记录时间及对应的电流值。每当界面移动至第二、第三等整数刻度时，记下相应的时间及对应的电流值，直到界面移动至第五个刻度（每两个刻度的间隔为0.1mL）。
3) 关闭开关，过几分钟后观察界面，再打开电源，数分钟再
观察。试解释该现象。
4) 用恒电流方法重复实验（I=3mA），只需记录电流值及界面
迁移到整数刻度（0.1 mL，0.2 mL…0.5mL）的时间。 5) 实验完成，清洗迁移管，整理实验台。
3 结果与讨论
3.1 原始实验数据
溶液酸度为0.100mol/L。
水浴温度：25.0℃ 室温：11.2℃ 1）恒压条件洗下测定数据：
表1 恒压条件下测的数据 整数刻度数 0 0.100 .
室内压力：102.10kPa
时间 电流（mA） 0 1 2 3 4 4min34s 5 6 7 8 9 4.760 4.589 4.44 4.300 4.176 4.104 4.058 3.949 3.848 3.759 3.675 .
续表1 恒压条件下测的数据 0.200 0.300 0.400 0.500
2）恒流测量数据： 恒流条件下电流值
表2 恒流条件下数据的测量 整数刻度数 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500
时间 9min46s 10 11 12 13 14 15 15min43s 16 17 18 19 20 21 22 22min14s 23 24 25 26 27 28 29 29min28s 3.611 3.593 3.52 3.451 3.385 3.322 3.264 3.224 3.209 3.158 3.108 3.059 3.015 2.969 2.928 2.917 2.886 2.847 2.809 2.775 2.740 2.707 2.678 2.664 6min41s 13min18s 19min57s 26min32s 33min9s 3.2计算的数据、结果
a. 恒压数据处理思路： 1) 选定几组刻度范围，做出电流—时间图，利用曲线所包围的面积求出几组刻度范围内的
电荷量Q。
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