界面法测定离子迁移数

实验名称：界面法测定离子迁移数实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1．掌握界面移动法测定离子迁移数的原理和方法；

2．掌握图解积分测定电荷的方法。

二、实验内容和原理

当电流通过电解质溶液时，在两电极上发生法拉第或非法拉第过程，溶液中承担导电任务的阴、阳离子分别向阳、阴两极移动。阴、阳离子迁移的电量总和恰好等于通入溶液的总电量，即：

但由于各种离子的迁移速率不同，各自所迁移的电量也必然不同，将某种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数，则阴、阳离子的迁移数分别为：

，并且 t+ + t- = 1

若溶液中含有数种阴、阳离子，则t+、t-各为所有阴、阳离子的迁移数之和。一般讲来，某种离子浓度增加，其相应的离子迁移数也有所增加，但也不尽然，由于离子之间的引力场影响的大小随离子的种类不同，所以离子迁移数的改变可能由正负之别，还要视离子的种类及周围环境而定，另外，迁移数也要受温度影响，一般温度升高，t+和t-的差别减小。

测定迁移数的方法有两种，一种是界面移动法，一种为电解法（即希托夫法）。本实验采用界面移动法测定盐酸中H+的迁移数，迁移管中离子迁移示意图见图1，装置如图2所示。

图1 迁移管中的电位梯度图2 界面法测离子迁移数装置界面移动法测离子迁移数有两种，一种是用两个指示离子，造成两个界面；另一种是用一种指示离子，只有一个界面。本实验是用后一方法，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。

在一截面清晰的垂直迁移管中，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摩尔量的

H+通过界面向上走，摩尔量的Cl–通过界面往下行。假定在管的下部某处存在一界面（aa’）,在该界面以下没有H+存

在，而被其他的正离子（例如）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，若在溶液中加入酸碱指示剂，则由于上下层溶液pH的不同而显示不同的颜色，形成清晰的界面。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，输运电荷的数量为在该体积中H+带电的总数，根据迁移数定义可得：

式中，C为的浓度，A为迁移管横截面积，l为界面移动的距离，I为通过的电流，t为迁移的时间，F为法拉第常数。

欲使界面保持清晰，必须使界面上、下电解质不相混合，可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到。CdCl2溶液能满足这个要求，因为电迁移率（U）较小，即

在图1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，在管外形成界面。由于溶液要保持电中性，且任一截面都不会中断传递电流，H+迁移走后的区域，紧紧跟

上，离子的迁移速率是相等的，即。由此可得：

所以。

即在CdCl2溶液中电位梯度是较大的，如图4.1所示。因此若H+因扩散作用落入CdCl2溶液层，它就不仅比迁移

的快，而且比界面上的H+也要快，能赶回到HCl 层。同样若任何进入低电位梯度的HCl溶液，它就要减速，一直

到它们重又落后于为止，这样界面在通电过程中保持清晰。

三、主要仪器设备

仪器：迁移管1支（用1mL刻度移液管及恒温回流管和注液小漏斗组成）；-1~+4mV记录仪1台；镉电极和铜电极；超级恒温槽1台；带尼龙管的5mL针筒2只；50mL小烧杯两只；晶体管直流稳压电源1台；接线匣1只；导线若干；停表；废液缸1个；砂纸若干。

试剂：含甲基紫的HCl溶液（0.1mol.L–1）。

四、操作方法和实验步骤

1．按图2装置仪器，用带尼龙管的针筒吸取蒸馏水洗迁移管两次并检查迁移管是否漏水，吸取少量的含甲基紫的HCl溶液（待测液），直接插入到迁移管的最下端，将迁移管洗涤两次，然后将待测液慢慢加入迁移管中，装入溶液量以插入上端铜电极时，能浸过电极为限。

2．按照图2接好线路，检查无误后，再开始实验。调节恒温槽温度为25℃，待温度恒定后，并调节

电流至3.5mA左右。打开记录仪开关，随着电解进行，Cd阳极会不断溶解变为。由于的迁移

速度小于，因而，过一段时间后，在迁移管下部就会形成一个清晰的界面，并渐渐地向上移动，当界

面移动到某一可清晰观测的刻度时，打开停表开始记时。此后，每当界面移动0.05mL，记下相应的时间和电压读数，直到界面移动0.5mL。

3．调节恒温槽温度为35℃，测定0.1mol.L-1盐酸中H+的迁移数。

4．实验完毕，将迁移管溶液倒入指定回收瓶中，洗迁移管的初次废液也应注入回收瓶中。迁移管洗净后，装满蒸馏水，放回原处。

五、实验数据记录和处理

室温：13.5℃；HCl浓度：0.1017mol.L-1；标准电阻：1 欧姆

表一25℃和35℃HCl溶液H+离子迁移数测定实验数据

25℃

t/s E/mV V/mL Q/mc

35℃

t/s E/mV V/mL Q/mc

0 3.73 0 0 0 3.53 0 0 158.74 3.65 0.05 585.75 164.89 3.47 0.05 577.12 321.27 3.57 0.10 586.73 336.21 3.42 0.10 590.20 483.55 3.50 0.15 573.66 506.99 3.37 0.15 579.80 651.64 3.43 0.20 582.43 684.21 3.31 0.20 591.91 821.64 3.37 0.25 578.00 853.89 3.26 0.25 557.40 993.24 3.30 0.30 572.29 1035.14 3.20 0.30 585.44 1165.74 3.25 0.35 564.94 1216.33 3.15 0.35 575.28 1335.02 3.19 0.40 545.08 1393.80 3.11 0.40 555.48 1514.89 3.13 0.45 568.39 1587.77 3.06 0.45 598.40 1699.96 3.08 0.50 574.64 1775.52 3.01 0.50 569.82 Q（总）5731.91 Q（总）5780.85

六、实验结果与分析

由实验数据可知：

25℃时，

V=0.50mL，c(H+)=0.1017mol.L-1, F=96500c/mol, Q=5.73191c