离子迁移数的测定

实验十二 离子迁移数的测定

1 目的要求

1．掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁移数的某本原理和操作方法。

2．测定CuSO 4溶液中Cu 2+和SO 42-的迁移数。

2 实验原理

当电流通过电解质溶液时，溶液中的正负离子各自向阴、阳两极迁移，由于各种离子的迁移速度不同，各自所带过去的电量也必然不同。每种离子所带过去的电量与通过溶液的总

电量之比，称为该离子在此溶液中的迁移数。若正负离子传递电量分别为q +和q －

，通过溶液的总电量为Q , 则正负离子的迁移数分别为：

t +=q +/Q t -＝q -/Q

离子迁移数与浓度、温度、溶剂的性质有关，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；温度改变，离子迁移数也会发生变化，但温度升高正负离子的迁移数差别较小；同一种离子在不同电解质中迁移数是不同的。

离子迁移数可以直接测定，方法有希托夫法、界面移动法和电动势法等。

用希托夫法测定CuSO 4溶液中Cu 2+和SO 42-的迁移数时，在溶液中间区浓度不变的条件下，

分析通电前原溶液及通电后阳极区（或阴极区）溶液的浓度，读取阳极区（或阴极区）溶液

的体积，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的Cu 2+和SO 42-的量。通过溶液的总电量

Q 由串联在电路中的电量计测定。可算出t +和t -。

在迁移管中，两电极均为Cu 电极。其中放CuSO 4溶液。通电时，溶液中的Cu 2+

在阴极上

发生还原析出Cu ，而在阳极上金属铜溶解生成Cu 2+

。

对于阳极，通电时一方面阳极区有Cu 2+迁移出，另一方面电极上Cu 溶解生成Cu 2+

，因而有

n n n q

n

u Q

Cu

电阳极原始迁+-==

+++

+

Cu

C 222,,,

对于阴极，通电时一方面阴极区有Cu 2+

迁移入，另一方面电极上Cu 2+

析出生成Cu ，因而

有

n n n q

n

u Q

Cu

电原始阴极迁+-==

+++

+

Cu

C 222,,,

n

n t Cu Cu

电

迁+

+

=

22.

，224

1u

SO C t t -+=-

式中

n

Cu

+

2,

迁表示迁移出阳极区或迁入阴极区的Cu 2+

的量，

n

Cu

+

2,

原始表示通电前阳

极区或阴极区所含Cu 2+

的量，n

Cu

+

2,

阳极表示通电后阳极区所含Cu 2+

的量，

n

Cu

+

2,

阴极表示

通电后阴极区所含Cu 2+

的量。

n

电

表示通电时阳极上Cu 溶解（转变为Cu 2+

）的量，也等于铜电量计阴极上Cu 2+

析出Cu 的量，可以看出希托夫法测定离子的迁移数至少包括两个假定：

（1）电的输送者只是电解质的离子，溶剂水不导电，这一点与实际情况接近。

（2）不考虑离子水化现象。

实际上正、负离子所带水量不一定相同，因此电极区电解质浓度的改变，部分是由于水迁移所引起的，这种不考虑离子水化现象所测得的迁移数称为希托夫迁移数。

本实验用硫代硫酸钠溶液滴定铜离子浓度。其反应机理如下：

4I- + 2Cu2+ = CuI↓ + I2

I2 + 2S2O32- = S4O62- + 2I-

每1mol Cu2+消耗1mol S2O32-。

3 仪器试剂

迁移管1套；铜电极2只；离子迁移数测定仪1台；铜电量计1台；分析天平1台；碱式滴定管(250mL)1只；碘量瓶(250mL)2只；移液管(20mL)3只；量筒（100ml）1个。

KI溶液(10%)；淀粉指示剂(0.5%)；硫代硫酸钠溶液(0.5000mol.L-1)；醋酸溶液

(1mol.L-1)；硫酸铜溶液（0.5mol。L-1）

4 实验步骤

1.取25 ml 0.5 mol。L-1硫酸铜溶液于250ml干净容量瓶中，稀释至刻度，得0.05 mol/L的CuSO4溶液。

2.水洗干净迁移管，然后用0.05 mol/L的CuSO4溶液洗净迁移管，并安装到迁移管固定架上。电极表面有氧化层用细砂纸打磨。

3.将铜电量计中阴极、阳极铜片取下，先用细砂纸磨光，除去表面氧化层，用蒸馏水洗净，用乙醇淋洗并吹干，在分析天平上称重，装入电量计中。

4.连接好迁移管，离子迁移数测定仪和铜电量计。

5.接通电源，调节电流强度为不超过10mA，连续通电90min。

6.取5ml 0.5000 mol。L-1 Na2S2O3溶液于50ml干净容量瓶中，稀释至刻度，得0.0500 mol/L 的Na2S2O3溶液。

7.通电前CuSO4溶液的滴定

用移液管从250ml容量瓶中移取10 mL 0.05mol/L的CuSO4溶液于碘量瓶中，加入5mL 1 mol/L 的HAc溶液，加入3mL 10%的KI溶液，塞好瓶盖，振荡，置暗处5-10min，以0.0500 mol/L