离子迁移数的测定——界面法

离子迁移数的测定——界面法

姓名：*** 学号：2015012*** 班级：化学**班

实验日期：2018年3月14日提交报告日期：2018年3月17日

带课老师/助教：***

1 引言（简明的实验目的/原理）

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，DC-0510节能型智能恒温槽（宁波新芝生物科技股份有限公司），Cd电极，Ag电极，UT56优利德万用表，DHD300V/50mA直流稳压稳流电源（北京大华无线电仪器厂），秒表，砂纸。

HCl溶液（0.1005mol∙L-1），甲基橙溶液。

2.2 实验条件

实验室室温：20.0℃；恒温槽温度设定在25.0℃。

2.3 实验操作步骤及方法要点

1. 安装仪器

超级恒温水浴温度调至25.0℃。检查镉电极，用砂纸将电极表面打磨

干净。用加入少许甲基橙的0.1005mol·L-1的盐酸溶液（呈红色）润洗迁移

管两次后，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

在迁移管的下部。迁移管垂直固定，避免振荡。将Ag电极打磨后安装在

迁移管上部，依照右图连接电路，准备开始实验。

2. 恒流法测迁移数

打开稳压稳流电源，选择开关选至稳流。调节电流至约3mA，随着电解的进行，阳极镉不断溶解变为Cd2+，由于H+离子迁移，出现清晰界面，当界面移动到第一个刻度时立即打开秒表，此后记录电流值及界面迁移到整数刻度时（即0.1mL，0.2mL，… 0.5mL）的时间即可。

3. 恒压法测迁移数

选择开关选至稳压，调节电流在6~7mA之间，随着电解的进行，当界面移动到第一个刻度时立即打开停表，此后每隔1min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。直到界面移动至第五个刻度（每刻度的间隔为0.1mL）。比较两种方法。

注意事项：

1. 往迁移管中灌装HCl溶液时，管内、管壁上均不可有气泡，否则影响电路的导电性，甚至造成断路；

2. 恒压及恒流实验前，均应打磨电极；

3. 通电前以及在恒压、恒流之间切换时，都将电压、电流大小调节旋钮调至最小。通电后，再缓慢调大电压或电流。否则直流稳压稳流电源极易损坏；

4. 防止迁移管内两层间的对流和扩散，故管内温度应均匀且不宜过高，通过的电流不宜过大，管的截面积要小，实验时间不宜过长。

3 结果与讨论

3.1 原始实验数据

3.1.1 恒流法实验数据

实验得到在恒流条件下，界面扫过的体积V及相应的用时t、瞬时电流I的关系如表1所示。

表1 恒流法测定迁移数实验数据

V/mL t/s I/mA

0.000 0 2.999

0.100 372 2.998

0.200 747 2.999

0.300 1119 2.998

0.400 1491 2.999

0.500 1868 2.998

由表1的数据，可认为在恒流条件下，电流大小保持均值ˉI=2.999mA不变。

3.1.2 恒压法实验数据

实验得到在恒压条件下，每隔1min记录相应的电流值如表2所示。

表2 恒压条件下每隔1min记录的相应电流值

t/s I/mA t/s I/mA t/s I/mA t/s I/mA

0 2.824 540 2.354 1080 2.063 1620 1.858

60 2.757 600 2.314 1140 2.039 1680 1.839

120 2.695 660 2.277 1200 2.013 1740 1.820

180 2.636 720 2.244 1260 1.988 1800 1.804

240 2.581 780 2.210 1320 1.965 1860 1.785

300 2.530 840 2.178 1380 1.943 1920 1.768

360 2.483 900 2.150 1440 1.921 1980 1.752

420 2.438 960 2.119 1500 1.900 2040 1.735

480 2.395 1020 2.091 1560 1.879 2100 1.720

在恒压条件下，界面扫过的体积V及相应的用时t、瞬时电流I的关系如表3所示。

表3 恒压法测定迁移数实验数据

V/mL t/s I/mA

0.000 0 2.824

0.100 431 2.429

0.200 927 2.136

0.300 1481 1.906

0.400 2092 1.722

3.2 计算的数据、结果

3.2.1 恒流法测迁移数

若用Q表示电路中通过的电量，q+表示H+所传递的电荷量，则

Q =ˉI t

q+ = VcF

V为界面扫过的体积，c为H+浓度，本实验中c=0.1005mol·L-1，F为Faraday常数。根据表1的数据，可计算得到如下结果：

表4 恒流法测定迁移数实验数据处理结果

V/mL Q/C q+/C

0.000 0.000 0.000

0.100 1.116 0.970

0.200 2.240 1.939

0.300 3.356 2.909

0.400 4.472 3.879

0.500 5.602 4.848

将表4中的数据作图，如图1所示。

用公式q+ = t+Q进行线性回归，得到参数t+ = 0.866，相关系数平方R2 = 0.999 996。

3.2.2 恒压法测定迁移数

将表2中的数据作图，如图2所示。可见，在恒压法实验中，电流I与时间t并不具备线性关系，在

数据处理时，尝试使用多种方式进行拟合。分别用二次函数I=At2+Bt+C，分式函数I=A

t+B+C，以及一次函数与指数函数的复合函数I=Ae Bt+C拟合，进行比较，最后选择用相关系数最接近于1的表达式I=Ae Bt+C 来描述电流I随时间t的变化关系。