物理化学实验报告：离子迁移数的测定

离子迁移数的测定——界面法

实验者：岳洋 同组实验者：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

Q q t --=

， Q

q

t ++= 且 1=+-+t t

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

流通过每个静止的截面时，

+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。

假定在管的下部某处存在一个界面（a a '），在该界面以下没有+H ，而被其他的正离子（例如+

2Cd

）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 ，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

VCF q =+

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CdCl 2，逐渐顶替HCl 溶液，CdCl 2与HCl 不相混合，因为

+2Cd 淌度（u ）较小，即++

由于溶液为电中性，离子移动速率相等，即++=H Cd v v 2，则有dL

dE

U dL E d U H Cd 2+

+=' 可得

dL

dE

dL E d >

'，即CdCl 2溶液中电位梯度较大（如图 1 ）。界面在通电过程中保持清晰。

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（新芝生物科技股份），Cd电极，Ag电极，毫安表，DHD300V/50mA直流恒压稳流电源（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

（1）若毫安表未校正，可用电势法校正。标准电阻值

标准电阻两端电位降==R U I ，与毫安表指示电流比较。

（2）往迁移管中灌满盐酸时，管中不可有气泡，否则形成断路。

（3）实验前检查镉电极，去除氧化层。如果电流表面被氧化，用砂纸将电极氧化层打磨干净。

（4）防止迁移管两层间的对流和扩散，所以迁移管温度应均匀，且温度不易过高，通过的电流不宜过大，迁移管横截面积要小，实验时间不宜过长。 （5）在未使用电源时应断开电源，否则对电路元件造成损害。

3 结果与讨论

3.1 原始实验数据及实验现象

实验现象：

（1）恒压时控制起始电流在6~7mA 之间，界面移动到第一个刻度时电压值为139.2V ，此后电压一直保持该值。

（2）通电后阴极有气泡产生，阳极溶液开始变为无色，并形成清晰的界面，界面上层为浅红色，下层为无色，表示反应已经发生。

（3）恒压条件下，界面缓缓上升的过程中，电流值不断减小。

（4）关闭电源开关，过数分钟后，发现界面逐渐消失，溶液开始整体显红色，打开电源后，过数分钟，在界面消失处又形成清晰界面，上层为浅红色，下层为无色。 （5）恒流条件下，界面缓缓上升过程中电压表数值不断增大。

实验原始数据记录表格

表1 恒压时电流随时间变化记录表