物化实验报告-离子迁移数的测定.pdf

物化实验报告

离子迁移数的测定——界面法

2011011743分1黄浩
同组人：李奕
实验日期：2013-11-9
提交报告日期：2013-11-10
实验教师：杨忠强
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和方法
1.2实验原理
当电流通过电解电池的电介质溶液时，两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别

向阴极与阳极迁移。假若两种离子传递的电量分别为q+和q-，通过的总电量为

Qqq

每种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数。阴、阳离子的迁移数分别为

qq
t，t（1）
QQ

且

tt1（2）

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，则该离子传递电量的百分数增加，离子迁移数也相应增加。但对
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，和的差别减小。

测定离子迁移数，对于了解离子的性质有很重要的意义。迁移数的测定方法有界面法、
希托夫法和电势法等，本实验详细介绍界面法。
利用界面移动法测迁移数的实验可分为两类:一类是使用两种指示离子，造成两个界面;
另一类是只用一种指示离子，有一个界面。本实验是用后一种方法，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。
物化实验报告

在一截面均匀的垂直放置的迁移管中，充满HCl溶液，通以电流，当有电量为Q的电

+
流通过每个静止的截面时，tQ当量的H通过界面向上走，tQ当量的Cl通过界面往下

行。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，而被其它的正离

子（例如Cd2）取代，则此界面将随着往上迁移而移动，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值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，往上迁移的平均速率，等于界面

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，输送电荷的数量为在

该体积中带电的总数，即

qVcF（3）

式中，c为的浓度，F为法拉第常数，电量常以库伦（C）表示。

欲使界面保持清晰，必须使界面上、下电介质不相混合，可以通过选择合适的指示离子

2+
在通电情况下达到。CdCl2溶液能满足这个要求，因为Cd淌度（U）较小，即

UU（4）
Cd2H

在图2-14-2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。由于溶液要保持电中性，且任
一截面都不会中断传递电流，且Ｈ+迁移走后的区域，Cd2+紧紧地跟上，离子的移动速度(v)

是相等的，vv。由此可得：
Cd2H
dEdE
U2U（5）
CddLHdL
结合（4）式，得：
物化实验报告

dEdE
（6）
dLdL

即在CdCl2溶液中电位梯度是较大的，如图2-14-1所示。因此若H+因扩散作用落入

2++
CdCl2溶液层。它就不仅比Cd迁移得快，而且比界面上的H也要快，能赶回到HCl层。
同样若任何Cd2+进入低电位梯度的HCl溶液，它就要减速，一直到它们重又落后于H+为止，
这样界面在通电过程中保持清晰。

2实验操作
2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图
迁移管，超级恒温水浴，Cd电极，Ag电极，毫安表，稳压稳流电源，HCl溶液
（0.1176mol/L），甲基橙，秒表。
仪器型号：DYY-2C型电泳仪，SL-1恒温槽
实验装置图如下：

2.2实验条件
室温：15.8℃气压：101.69kpa相对湿度：40%
2.3实验操作步骤及方法要点
1.按图安装电路仪器。盐酸-甲基橙溶液已经配好，盐酸浓度为0.1176mol/L。将超级恒
温水浴温度调至25℃。用少许盐酸溶液润洗迁移管三次，而后使用“连通法”从下而上向管
中加满盐酸溶液。注意：切勿使管壁粘附气泡。将两个电极打磨干净，然后将镉电极套管加
满盐酸溶液，安装在迁移管的下部，安装时应堵住迁移管上部入口，并将底部气泡赶出。迁
移管垂直固定避免振荡，照图连接好线路，检查无误后，再开始实验。
2.打开稳压稳流电源，选择开关搬至稳压，调节电流在6～7mA之间。随着电解进行，
阳极镉会不断溶解变为Cd2＋，由于H＋离子的迁移，出现清晰界面。一开始界面未到0刻度
线时，可以不断升高电压，维持电流在6～7mA，以加速电解当界面，当移动到第一个刻度
时，立即打开秒表，此后不可再调节电压，每隔一分钟记录