离子迁移数的测定——界面法
界面移动法实验报告
一、实验目的1.掌握界面移动法测定离子迁移数的原理和方法；2.加深对电解和电解质溶液有关知识的理解；3.掌握图解积分测定电量的方法。
二、实验原理电解质溶液之所以能导电是由于其含有承担电导任务的正、负离子，当电流通过电解池中的电解质溶液时，溶液中的正负离子分别向阴阳极迁移，并伴随两极上分别发生氧化或还原作用。
由于电解质溶液的导电任务是由正、负离子共同承担的，若其承担传递的电量分别为q +和q -中，则总电量Q 可表示为:Q=q ++q -正或负离子传递的电量(q +或q -)与总电量之比称为正或负离子迁移数(t +或t -)，数学表达式为Q q t ++=，Qqt --=，1=+-+t t 在包含数种正、负离子的混合电解质溶液中，一般增加某种离子的浓度，则该种离子的传递电量的分数增加，其迁移数也相应增加。
对仅含有一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的相互作用力发生改变，离子迁移数也会改变，但难有普遍规律。
温度改变，离子迁移数也会发生变化，一般温度升高时，t -和t +的差别减小。
本实验采用界面移动法测定HCl 溶液中H +的迁移数，V 为电势测量仪器(本实验用记录仪)，R s 为1Ω标准电阻，R 为大阻值电阻，DC 为直流稳压电源。
界面移动法有两种：一种是选用两种指示离子，形成两个界面；另一种是选用一种指示离子，只有一个界面。
本实验采用后一种方法，以Cd 2+作为指示离子测定某浓度的HCl 溶中H +的迁移数。
一垂直安装的带有刻度的管子称为迁移管，在管中充人HCl 溶液。
通电一定时间后，当有电量Q 通过某个静止的界面时，带有t +Q 电量的H +通过该界而向上移动，带有t -Q 电量的Cl -通过该界面而往下迁移。
假定在管的下部某处存在一界面，在该界面以下没有H +，已被指示正离子(如镉离子)取代，则该界面将随着H +往上迁移而移动，界面的位置可通过界面处上、下层溶液的性质差异判断。
例如，利用上、下层溶液pH 不同，用pH 指示剂显示不同颜色。
离子迁移数
4.接通电源，按下“稳流”键，调节电流强度为18mA，连续通电90min（通电时要注意电流稳定），记录下 平均室温。
5.停止通电后，立即关闭A、B活塞。取出库仑计中的铜阴极，用蒸馏水洗净，用乙醇淋洗并吹干，在分析天 平上称重m2。取两个空、干燥的锥形瓶称重，取阴极区溶液以及中间区溶液全部放入标记好的锥形瓶中，称重， 滴定。（从迁移管中取溶液时电极需要稍稍打开，尽量不要搅动溶液，阴极区和阳极区的溶液需要同时放出，防 止中间区溶液的浓度改变）。
基本概念
电解质溶液依靠离子的定向迁移而导电，为了使电流能够通过电解质溶液，需将两个导体作为电极浸入溶液， 使电极与溶液直接接触。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，同时电极上有氧 化还原反应发生。根据法拉第定律，在电极上发生物质量的变化多少与通入电量成正比。通过溶液的电量等于正、 负离子迁移电量之和。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，用符号t表示。其中，t为无量纲的量。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。
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影响因素
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。
的测定1Βιβλιοθήκη 测定原理2测试假定
3
仪器与试剂
【清华】界面法测离子迁移数-2006030027
离子迁移数的测定－界面法吴大维 2006030027 生64 同组实验者：王若蛟 实验日期：2008年5月29日 提交报告日期：2008年6月6日助教：张荣俊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q t Q --=， qt Q++= （1） 且 1t t +-+= （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，t -和t +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。
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，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（aa '），在该界面以下没有H +，而被其它的正离子（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。
离子迁移数的测定
H +离子迁移数的测定一、实验目的及要求1. 掌握界面移动法测定H +的迁移数。
2. 掌握测定迁移数的原理和方法。
3. 加深对电解质溶液有关概念的理解。
二、实验原理有电流通过时，导体中的电子或离子在电场的作用下都做定向移动。
在电解质溶液中，电流的传导是通过离子的定向移动完成的。
阴离子总是移向阳极，而阳离子总是移向阴极；当阴阳离子分别接近异性电极时，在电极与溶液接触的界面上分别发生电子的交换；整个电流在溶液中的传导是由阴阳离子共同承担。
离子在电场中运动的速率除了与离子本性（包括离子半径、离子水合程度、所带电荷等）以及溶剂性质（如粘度）有关以外，还与电场的电位梯度dE /dl 有关。
显然电位梯度越大，推动离子运动的电场力也越大。
因此离子B 的运动速率可以写作：dldE U r B B = （1） U B 相当于单位电位梯度时离子B 运动速率，称为离子迁移率（又称为离子淌度），离子迁移率的大小与温度、浓度等因素有关。
由于正负离子移动的速率不同，所带电荷不等，因此它们在迁移电量时所承担分数也不同。
把离子B 所运载的电流与总电流之比称为离子的迁移数，用t B 表示。
∑===BBB B B B U U Q Q I I t （2） 一般仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的作用强度改变，离子迁移数也发生变化。
如在较浓的溶液中，离子相互引力较大，正负离子的迁移速度均减慢。
若正负离子的价数相同，则所受的影响也大致相同，迁移数的变化不大。
若价数不同，则价数大的离子的迁移数减小比较明显。
温度改变对离子的迁移也有影响。
一般当温度升高时，正负离子的速率均加快，两者的迁移数趋于相等。
而外加电压大小一般不影响迁移数。
迁移数测定最常用方法有希托夫（Hittorf ）法和界面移动法等。
界面移动法有两种，一种是用两种指示离子，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，采用恒电流，以Cd 2+作为指示离子，测某浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。
离子迁移数的测定1
迁移管中的电位梯度
z
二、实验原理
据定义有：
t M z cVF Q
式中：F为法拉第常数； c为1/z Mz+ 的物质的量浓度；Q为通过溶 液的总电量；V为界面移动的体积，可用称量充满aa’和bb’间的水的 质量校正之。本实验用Cd2+作为指示离子，测定两种HCl中H+的迁 移数。因为Cd2+淌度（U）较小，即 UCd U H 。在上面的实 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，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， 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，
二、实验原理
当电流通过含有电解质的电解池时，经过导线的电流是由电子传 递，而溶液中的电流则由离子传递。如溶液中无带电离子，该电路 就无法导通电流。 已知溶液中的电流是借助阴、阳离子的移动而通过溶液。由于离 子本身的大小、溶液对离子移动时的阻碍及溶液中其余离子的作用 力等诸多因素，使阴、阳离子各自的移动速率不同，从而各自所携 带的电荷量也不相同。由某种离子迁移的电荷量与通过溶液的总电 荷量（Q）之比称为该离子的迁移数。而 上式中q+和q- 分别是阴、阳离子各自迁移的电荷量。阴、阳离子 的迁移数分别为
六、思考题
1）写出阴极、阳极的电极反应。 2）如迁移管中有水，对测定结果有何影响？ 3）为什么在迁移过程中会得到一个稳定界面？为什么界面移动速度 就是H+移动速度？ 4）如何能得到一个清晰的移动界面？ 5)实验过程中电流值为什么会逐渐减小？ 6）测量某一电解质离子迁移数时，指示离子应如何选择？指示剂应 如何选择？
离子迁移数测定
离子迁移数测定一 实验目的掌握界面移动法测定H + 离子移数的基本原来和方法，通过求算H +离子的电迁移率，加深对电解质溶液有关概念的理解。
二 实验原理电解质溶液的导电是靠溶液内的离子定向迁移和电极反应来实现的。
而通过溶液的总电量Q 就是向两极迁移的阴、阳离子所输送电量的总和。
现设两种离子输送的电量分别为Q +、Q －，则总电量Q = Q + + Q -= I t (2-124)式中I 为电流强度，t 为通电时间。
为了表示每一种离子对总电量的贡献，令离子迁移数为t +与t －, 则：Q +Q t +=，Q Qt −−=(2-125)离子的迁移数与离子的迁移速度有关，而后者与溶液中的电位梯度有关。
为了比较离子的迁移速度，引入离子电迁移率概念。
它的物理意义为：当溶液中电位梯度为1V x m −1时的离子迁移速度，用u +、u － 表示，单位为m 2x s −1x V −1。
本实验采用界面移动法测定HCl 溶液中H +离子的迁移数，其原理如图2-58所示。
在一根垂直安置的有体积刻度的玻璃管中，装入含甲基橙指示剂的HCl 溶液，顶部插入Pt 丝作阴极，底部插入Cd 极作阳极。
通电后，H+离子向Pt 极迁移，放出氢气，Cl −离子向Cd 极迁移，且在底部与由Cd 电极氧化而生成的Cd 2+离子形成CdCl 2溶液，逐步替代HCl 溶液。
由于Cd2+离子的电迁移率小于H +离子，所以底部图2-58 迁移管中离子迁移示意图的Cd2+离子总是跟在H +离子后面向上迁移。
因为CdCl 2与HCl 对指示剂呈现不同的颜色，因此在迁移管内形成了一个鲜明的界面。
下层Cd 2+离子层为黄色，上层H +离子层为红色。
这个界面移动的速度即为H + 离子迁移的平均速度。
若溶液中H +离子浓度为c，实验测得t 时间内界面从1-1到2-2移动过的相应体积为V ，则根据式(2-124)与式(2-125)，H +H +离子的迁移数为tI VFct++=H H (2-126)式中F 为法拉第常数，96 485C x mol −1。
界面移动法测定离子迁移数实验报告
界面移动法测定离子迁移数实验报告1.了解界面移动法测定离子迁移数的原理和方法。
2.掌握实验方法和步骤。
3.学习实验中如何处理数据和误差。
实验原理：界面移动法测定离子迁移数是指测量离子在溶液和固体界面上迁移的速度。
由于电解质分子带电，因此在电场作用下会受到电阻和摩擦力的作用而移动。
实验仪器和药品：1.量筒2.电子天平3.滴定管4.四极杆质谱仪5.极性反转控制器6.稀盐酸7.氯化钠实验步骤：1.将质量分别为2g的氯化钠和1g的稀盐酸加入200ml的去离子水中，经过搅拌使其充分溶解，得到浓度分别为0.1mol/L和0.01mol/L的溶液。
2.使用量筒将0.01mol/L氯化钠溶液和0.1mol/L稀盐酸溶液混合成质量分数为10%的混合溶液。
3.将混合溶液倒入实验装置的两个电解池中，它们之间的间隔为2mm。
两个电解池的电极均为铂箔，用稀盐酸浸泡铂箔3min后用去离子水洗净并烘干。
4.接通电源，电流为1.5A。
用极性反转控制器反复翻转电场极性，使离子在两个电解池之间迁移。
5.在迁移的过程中，用滴定管从两个电解池中取样，分别使用四极杆质谱仪进行分析，测量离子在两个电解池之间的迁移速度。
6.根据测得的数据计算离子迁移数。
实验数据处理：根据实验结果计算浓度比值C1/C2，再根据公式计算离子迁移数。
表格：样品C1(0.01mol/L) C2(0.1mol/L) t1(s) t2(s) C1/C2 迁移数- - - - - -1 0.01 0.1 15.23 13.18 0.100 0.9892 0.01 0.1 14.76 13.72 0.100 0.9943 0.01 0.1 15.11 13.44 0.100 0.983平均值- - - - 0.100 0.988实验结论：通过实验可以得到浓度比值C1/C2和离子迁移数。
根据实验结果可知，离子迁移数为0.988，说明在两个电解池之间离子的迁移速度很快。
实验数据误差较小，可信度高。
界面移动法测定离子的迁移数 中级化学实验(Ⅲ)
E2
I/mA
Q/(mA·S)
tH+
1
2
(1) 根据记录仪记录下来的电势-时间图求积分得到电荷Q。
Q
t2 I dl
=
t1
由测得电压U及标准电阻Rs, 求得电流I，以电流I对相应
的时间t作图，求出其包围的面积即总电荷It。
(2) 根据H+迁移的体积及H+浓度c，求H+所迁移的分电荷q+。
(3) 根据积分总电荷Q及H+所迁移的分电荷q+，求出H+的 迁移数tH+。
温度为25 ℃，温度恒定后，调节电流至3.5 mA左右。打开记录仪 开关，随着电解的进行，阳极不断溶解 生成Cd2+ ,待形成清晰的界 面时，记下界面迁移的起始刻度，界面每移动0.05 mL记录一次， 直至迁移0.5 mL为止。重复测定两次。
➢ 调节恒温槽温度分别为35 ℃、40 ℃、50 ℃，测定0.1 mol·L-1
每种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数
正离子:
t+
=
q+ Q
负离子:
t-
=
t+ + t- = 1
界面迁移法
Cu
Cl-
2
2
H+
1
1
Cd2+
Cd
在一截面均匀的垂直迁移管中充满HCl溶液，通以电流， 当有电荷为Q的电流通过每个静止的截面时，t+ Q电荷的 H+通过界面向上迁移，t- Q电荷的Cl-通过界面向下迁移。 假定存在一界面(如11)，在该界面以下没有H+存在，而 被其它的正离子(如Cd2+)所取代，则这界面将随着H+往 上迁移而移动。在正常条件下，H+向上移动的平均速度 等于界面移动的平均速度。经过时间t，界面扫过的体积 为V，H+运输电荷的数量为该体积中H+带电的总数，即
迁移数-2013011884-秦雅琛
离子迁移数的测定——界面法秦雅琛/2013011884 化31同组实验者：刘言实验日期：2015年11月10日1 引言当电流通过电解电池的电解质溶液时，电池两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别向阴极和阳极运动。
若阴、阳离子传递的电荷量分别为q−和q+，则总电荷量为Q=q++q−，因此离子迁移数为t−=q−Q,t+=q+Q,且t++t−=1即为离子传递的电荷量与总电荷量之比。
本实验采用的界面移动法为只用一种指示离子，有一个界面。
实验中，Cd2+为指示离子，测一定浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。
实际操作时，在一截面均匀的垂直放置的充满HCl溶液的迁移管中，通以电流，当有电量为Q的电流通过时，t+Q当量的H+通过界面向上迁移，t−Q当量的Cl-通过界面向下迁移。
迁移管中的电位梯度如下图所示图1 迁移管中的电位梯度其中，界面aa'位于溶液下部，界面下方没有H+而代以Cd2+。
该界面将随着H+的向上迁移而向上移动，界面的位置可以通过上下溶液性质的差异来确定。
此时H+迁移的平均速率即为界面的移动速度，在某通电时间t内，H+输送的电荷量为q+=VCF，V——界面扫过的体积，C——H+浓度，F——法拉第常数此外，实验过程中，需要使溶液的界面一直保持清晰，必须使上、下电介质不想混合，而CdCl2溶液由于Cd2+的淌度小于H+，正好满足这一要求。
2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验药品：0.1mol/L的HCl溶液（已加入甲基橙）实验仪器：DHD 300V/50mA 直流稳压稳流电源北京大华无线电仪器厂节能型智能恒温槽宁波新芝生物科技股份有限公司其他用品：迁移管一支，超级恒温水浴，Cd电极，Ag电极，万用表，秒表2.2 实验条件温度：25℃大气压：101.48kPa2.3 实验操作步骤及方法要点图2 界面移动法测离子迁移数装置图1)检查仪器药品，将恒温槽温度调整至25℃2)用实验室已经配好的HCl溶液润洗迁移管，之后用该HCl溶液加满迁移管，并安装好Cd电极和Ag电极。
离子迁移数的测定
六、思考题
1、迁移数有哪些测定方法?各有什么特点? 2、迁移数与哪些因素有关? 本实验关键 何在？应注意什么？ 3、测量某一电解质离子迁移数时，指示 离子（本实验中为镉离子）应如何选择？ 指示剂应如何选择？
每种离子传递的电量与 q+ q− 总电量之比称为离子迁 t+ = , t− = Q Q 移数： t+ + t− = 1
Q = q+ + q− = ∫ Idt
界面移动法
基本原理：以镉离子作为指示离子测定某浓度的盐 酸溶液中氢离子的迁移数。通电时， H+向上迁 移，Cl-向下迁移，在Cd阳极上Cd被氧化，进入 溶液中形成CdCl2，逐渐顶替HCl,利用pH的不同 指示剂显示颜色不同测出界面。界面移动的速度 等于H+往上迁移的平均速度。
离子迁移数的测定
厦门大学化学化工学院
一、实验目的
1、掌握界面移动法测定H+离子迁移数的基 本原理和方法； 2、加深对电解质溶液有关概念的理解。
二、实验原理
阴极
+ -
+
+
阳极
当电流通过电解池的电解质溶液时，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。假若正负离子传递的电 量分别为q+和q-,通过的总电量为：
xi + xi +1 S = ∑( )h 2 i =1
n
( I>3mA ) t 每隔1min读一次电流 读一次电流 每隔
每过一个刻度读一次时间和电流值 （秒表右键）
实验的关键
本实验的关键是要形成一个鲜明的移动界面 鲜明的移动界面，为此目的，必须： 本实验的关键是 鲜明的移动界面 1）选择适当的指示离子 选择适当的指示离子。其淌度与所研究的离子存在明显差异。 选择适当的指示离子 如本实验选用Cd2+离子指示H+。 2）防止迁移管内两层间的对流和扩散 防止迁移管内两层间的对流和扩散。所以迁移管内的温度应 防止迁移管内两层间的对流和扩散 该均匀，且温度不宜过高；通过的电流不宜过大；迁移管截面 积要小；实验时间不宜过长。 3）选择最合适的指示剂 选择最合适的指示剂，使得两层的颜色反差明显。 选择最合适的指示剂
离子迁移数的测定——界面法
离子迁移数的测定一一界面法1引言⑴1.1实验目的1、 用界面移动法测定 H 离子迁移数。
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且t.匕=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，t_和t .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。
在一截面均匀的垂直放置的迁移管中，充满HCI 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，t Q 当量的H +通过界面向上走，t_Q 当量的CI -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CcT ）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 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，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 , H +输送电荷的数量为在该体积中 H +带电的总数，即q_(1)q.=VCF式中，C 为H 的浓度，F 为法拉第常数，电量常以库伦（ C ）表示。
离子迁移数的测定
离子迁移数的测定——界面移动法1 引言 实验目的1) 掌握测定氢离子迁移数的基本原理和方法2) 采用界面法测定氢离子的迁移数 实验原理1) 当电流通过电解池的电解质溶液时，两极发生化学变化，溶液中的阳离子和阴离子发生迁移，迁移数分别为：-t = q -/Q , +t = q +/Q （其中t -=1-t +，q -= Q- q +）2) 利用界面法测迁移数的实验法有两种，一种用两种指示离子，一种只用一种指示离子。
实验用第二种方法。
在充满HCl 溶液的迁移管中通电，可设其下部有一界面，界面上有氢离子，界面下则是其他阳离子，该界面会随氢离子迁移而向上移动。
有：q +=VCF（其中 C 为氢离子浓度，F 为法拉第常数，V 为通电时间内界面扫过的体积。
）3) 已知，，可得，有：所以，在CdCl 2溶液中电位梯度是较大的，因此若H +因扩散作用落入CdCl 2溶液层。
它就不仅比Cd2+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Cd 2+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：HCl 溶液 (0.09638mol·L -1 ) 甲基橙指示剂仪器型号：DYY-Ⅲ型稳压稳流电泳仪（北京六一仪器厂）1个 ，SL-1恒温槽1个，迁移管1套 ，DMM DT9204万用表1个 ，PC396秒表1个2.2 实验条件：室温：17.0℃ 恒温槽温度：24.9~25.1℃（平均维持25.0℃）一个大气压2.3 实验操作步骤：1) 恒压测定i. 按图一连接装置。
将恒温水浴调至25.0℃，连接电路完毕后将电源调至恒压状态，使电流维持在6-7mA 。
将迁移管中注满已滴加适量甲基橙溶液的约1.0mol/L 的盐酸溶液，将镉电极套管加满盐酸溶液，安装在迁移管下部，将银电极放在其上部。
ii. 当界面到达0刻度线之时开始计时，每隔1分钟记录一次电流，界面每移过0.1mL记录一次电流，直至界面移过0.5mL 之后停止通电。
界面法测定离子迁移数实验报告
界面法测定离子迁移数实验报告界面法测定离子迁移数实验报告引言近年来，随着电子产品的广泛应用和快速发展，对于电子产品中离子迁移现象的研究日益受到重视。
离子迁移在电子器件中可能导致许多不可忽视的问题，例如导致器件损坏、降低性能以及影响稳定性。
准确测定离子迁移数是评估器件可靠性和长期稳定性的重要指标之一。
本文将详细介绍界面法测定离子迁移数的实验过程和结果，并探讨其实验原理及其在电子器件研究中的意义。
1. 实验目的本实验旨在利用界面法测定离子迁移数，并通过实验结果评估电子器件的可靠性。
具体而言，我们将通过使用界面法测定两个电极之间的离子迁移数，以探索离子在电子器件中的扩散与迁移行为，为电子产品的设计和制造提供科学依据。
2. 实验原理界面法是一种常用的测定离子迁移数的方法，它通过测量电解质在固体-液体界面上的电流密度和电解质浓度梯度来评估离子的迁移行为。
根据费拉第定律和电解质输运理论，离子在电场作用下会在电解质中迁移，其迁移速率与电场强度成正比。
根据实验测得的电流密度和电解质浓度梯度，可以计算得出离子迁移数。
实验过程1. 准备实验所需材料和仪器，包括电解液、电源、电极等。
2. 搭建实验装置，确保电极与电解质之间有良好的接触。
3. 将电解液注入实验槽中，并调整电场强度。
4. 开始实验，测量电极之间的电流密度和电解质浓度梯度。
5. 根据实验数据计算离子迁移数，并记录实验结果。
实验结果与讨论实验结果表明，电场强度对离子迁移数有显著的影响。
当电场强度增加时，离子的迁移速率明显加快。
通过测量不同电解液的迁移数，我们还可以评估不同离子对电子器件可靠性的影响。
理论上，离子迁移数越小，电子器件的可靠性越高。
通过界面法测定离子迁移数可以为电子器件的设计和制造提供重要的参考依据。
结论界面法是一种可靠且有效的测定离子迁移数的方法，通过实验可以获得准确的离子迁移数。
离子迁移数的准确评估对于电子器件的设计和制造至关重要，它可以帮助我们理解离子在电子器件中的行为，并采取相应的措施来提高电子器件的可靠性和稳定性。
物理化学 实验十三离子迁移数的测定
实验十三离子迁移数的测定一、实验目的1．掌握希托夫法和界面移动法测定离子迁移数的原理和方法；2．掌握库仑计的使用；离子和盐酸溶液中氢离子的迁移数。
．测定AgNO水溶液中33二、实验原理当电流通过含＋Ag有电解质的电解池时，经过导线的电流是由电子传递，而溶液中的电流则由离子传递。
如溶液中无带电离子，该电路就无法导通电流。
溶液对由于离子本身的大小、已知溶液中的电流是借助阴、阳离子的移动而通过溶液。
阳离子各自的移动速使阴、离子移动时的阻碍及溶液中其余共存离子的作用力等诸多因素，由某一种离子所迁移的电荷量与通过溶液的总从而各自所携带的电荷量也不相同。
率不同，之比称为该离子的迁移数。
而电荷量(Q) Q = q _ + q +分别是阴、阳离子各自迁移的电荷量。
阴、阳离子的迁移数分别为：q _和q 上式中+/Q t = q t _ = q _ /Q ，(1)_ += 1 t _ + t (2)显然+分别为所有阴、阳离子迁移数和t t _当电解质溶液中含有数种不同的阴、阳离子时，+的总和。
Boundary 、界面移动法(Moving (Hittorf Method) 测定离子迁移数的方法有希托夫法测定法。
本实验采用希托夫法和界面移动Method)和电动势法(Electromotive Force Method) 离子的迁移数。
I．希托夫法(Hittorf Method) 测定离子迁移数一．希托夫法基本原理希托夫法测定迁移数的原理是根据电解前后，两电极区内电解质量的变化来求算离子的迁移数。
两个金属电极放在含有电解质溶液的电解池中，可设想在这两个电极之间的溶液中存在着三个区域：阳极区、中间区和阴极区，如图1所示。
并假定该溶液只含1—1价的离子的电迁移示意图1 图正、负离子，而且负离子的移动速度是正离子的3倍。
当直流电通过电解池时，会发生下列情况。
1．一旦接通电流后，阳极区的正离子会向阴极区移动；而阴极区的阴离子则向阳极区移动。
离子迁移数的测量
离⼦迁移数的测量离⼦迁移数的测量1、电解重量分析法将三个表⾯经抛光的固体电解质⽚串接在两电极之间，通直流电电解，经⼀定时间后，根据法拉第定律计算并分析各个电解质⽚的重量，可确定离⼦迁移数和电⼦迁移数。
通电后导电离⼦迁移，会改变电解质⽚的重量，如果重量的变化量与根据法拉第定律计算的数量相等，则离⼦迁移数为1；如果重量差⼩于法拉第定律的计算量，则离⼦迁移数⼩于1。
离⼦迁移数为：t i = W/QM也可⽤此法鉴别导电离⼦种类：将两⽚电解质⽚固定在两⾦属电极之间；⾦属电极的成分是电解质的⼀个组分。
若是阴离⼦导体；通电后，阴离⼦向阳极迁移，与阳极⾦属离⼦化合，使靠近阳极的电解质⽚增重，靠近阴极的电解质⽚减轻；若是阳离⼦导体，则阳离⼦迁移到阴极，使阴极增重，阳极则被电解减轻。
不仅可判断导电离⼦种类，还可计算出离⼦迁移数。
2、电池电动势测量法当固体电解质置于两个已知的参考电极之间，形成⼀可逆电池。
此时，两电极间产⽣⼀固定的符合热⼒学的电动势E。
若存在电⼦导电时，产⽣的电动势被电⼦导电产⽣的短路电流所减低。
实际测量的电动势为E＇将低于电池热⼒学理论电动势E。
L为电解质的厚度，L/σI为电解质的离⼦阻抗，L/σe为电解质的电⼦阻抗,E＇= E - I i L/σI = I e L/σe因为测量的是开路电压，所以有I i=I e,可得: I=Eσiσe/L(σe+σI) 消去I e 和I iE＇=Eσi /(σe +σI)＝Et i t i = E'/EE是电解质电池的理论热⼒学电动势，可由电池反应的⾃由焓变化?G?计算：E＝－?G?/nF。
（n为导电离⼦的电荷数）电解质存在电⼦导电时测量到的电动势E＇低于热⼒学电动势E。
由已知的热⼒学数据，和测量的电动势可从上式计算出电解质的离⼦迁移数t i和电⼦迁移数t e。
（t e=I-t i）电池电动势法测量离⼦迁移数，快速，简单，精确度较⾼。
被⼴泛应⽤。
3、直流极化（Wagner极化）法测量测量固体电解质低电⼦电导时，最好⽤Wagner极化电池法。
希托夫法测定离子的迁移数
三、仪器与试剂
• HTF-7B离子迁移数测定装置 迁移数管 1支； 铜电量计 1套； 直流 稳压电源 1台； • 移液管 2支； 滴定管 1支； • KI溶液(10%) 淀粉指示剂(0.5%) 硫代 硫酸钠溶液（0.0500mol.L-1） • HAc溶液(1mol.L-1) HNO3（A。R。） 硫酸铜溶液（0。05mol。L-1）
• 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。
• 希托夫法的原理较简单，但实验中由于对流、 扩散、外界振动及水分子随离子的迁移等因素 的影响，数据的准确性往往较差。
影响离子迁移数因素
• 一般仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子 间的作用强度改变，离子迁移数也发生变化。 如在较浓的溶液中，离子相互引力较大，正负 离子的迁移速度均减慢。若正负离子的价数相 同，则所受的影响也大致相同，迁移数的变化 不大。若价数不同，则价数大的离子的迁移数 减小比较明显。 • 温度改变对离子的迁移也有影响。一般当温度 升高时，正负离子的速率均加快，两者的迁移 数趋于相等。而外加电压大小一般不影响迁移 数。
数据处理（2）
• 通过“阳极区”溶液的滴定结果，计算出通电 后的“阳极区”溶液中每克水中的硫酸铜的克 数 • 通过“阳极区”和迁移管内总溶液的体积或重 量，计算出n后，n前 • 由铜片的增重，计算出电量 n电，再求出n迁。 • 计算出阳极区与阴极区的t（Cu离子)和t（SO4 离子），并将两者进行比较
希托夫法测定迁移数的实验装置图
铜为电极电解稀硫酸铜溶液
• 电解后，阴极附近 铜离子的浓度变化 有两种原因引起 1. 迁入 2. 电极上的还原反应 以物料平衡计算出离子 迁移数
【清华】030054-0317-离子迁移数的测定
3.2.2 恒流条件下
同上分析，可得表 6：
表 6 恒流条件下离子迁移数、体积、电量表
刻度范围
体积/ml
电量 Q=It/C
1-4
0.300
3.833164
2-5
0.300
3.828384
1-5
0.400
5.12568
t+ 0.74849 0.74943 0.74918
平均值=0.74903 相对偏差=|0.749-0.831|/0.831=9.87%
是相等的，
v Cd
2+
=
v H
+
。由Байду номын сангаас可得：
dE′
dE
UCd2+ dL = U H + dL
（5）
结合（4）式，得
dE′ > dE dL dL
（6）
即在 CdCl2 溶液中电位梯度是较大的，如图 2 所示。 因此若 H+因扩散作用落入 CdCl2 溶液层。它就不仅比 Cd2+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
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， 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（ aa′ ），在该界面以下没有 H + ，而被其它的正离
界面法测离子迁移数
t+ + t− =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
实验十界面移动法测定离子迁移数
实验十 离子迁移数的测定——界面移动法1 目的要求(1) 加深理解迁移数的基本概念。
(2) 用界面移动法测定HCl 水溶液中离子迁移数, 掌握其方法与技术。
(3) 观察在电场作用下离子的迁移现象。
2 基本原理使用一种指示剂溶液，只观察一个界面的移动，求算离子迁移数。
当有96500C 的电量通过溶液时，亦即1mol 电子通过溶液时，假设有n+的M+向阴极移动,n-的A-向阳极移动，那么，一定有n ++n -=1mol 。
由离子迁移数的定义可知，此时的n+即为t +,n-即为t - .设V 0是含有MA 物质的量为1mol 的溶液的体积，当有1mol 的电子通过溶液时，界面向阴极移动的体积为t +V 0，如经过溶液电量为Q ，那么,界面向阴极移动体积为o V t FQV +⋅=(2.10.1) oQV FVt =+ (2.10.2) 又cV o 1=(2.10.3) 式中c 为MA 溶液的浓度It Q = (2.10.4)式中I 为电流强度，t 为通电时间。
将式(2.10.6)，式(2.10.7)代入式(2.10.5)中得到ItcFVt =+ (2.10.5) 本实验是采用这种方法测定HCl 溶液中的H +、Cl -离子的迁移数。
迁移管是一支有刻度的玻璃管，下端放Cd 棒作阳极，上端放铂丝作阴极(图2.10..2)，迁移管上部为HCl 溶液，下部为CdCl 2溶液。
二者具有共同的阴离子，HCl 溶液中加有甲基橙可以形成清晰界面。
电过程中保持清晰。
3 仪器 试剂稳流电源 电迁移法迁移数测定仪1套 HCl 溶液 (0.05mol·L -1)CdCl 2溶液 (0.05mol·L -1 ) 甲基橙指示剂迁移时间(t/s)迁移体积(V/m3)通电电流 (I/A)(3) 根据公式(2.10.12)和公式(2.10.13)求出H+、Cl-迁移数t+=cFdV/d(It) (2.10.12) t-= 1 - t+(2.10.13)6 注意事项(1) 测定管要洗净，以免其它离子干扰。
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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/mA0.000 0 2.9990.100 372 2.9980.200 747 2.9990.300 1119 2.9980.400 1491 2.9990.500 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/mA0 2.824 540 2.354 1080 2.063 1620 1.85860 2.757 600 2.314 1140 2.039 1680 1.839120 2.695 660 2.277 1200 2.013 1740 1.820180 2.636 720 2.244 1260 1.988 1800 1.804240 2.581 780 2.210 1320 1.965 1860 1.785300 2.530 840 2.178 1380 1.943 1920 1.768360 2.483 900 2.150 1440 1.921 1980 1.752420 2.438 960 2.119 1500 1.900 2040 1.735480 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/mA0.000 0 2.8240.100 431 2.4290.200 927 2.1360.300 1481 1.9060.400 2092 1.7223.2 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 tq+ = VcFV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+/C0.000 0.000 0.0000.100 1.116 0.9700.200 2.240 1.9390.300 3.356 2.9090.400 4.472 3.8790.500 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=At+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。
拟合结果为：A=1.3756，B=﹣7.2754×10-4，C=1.4320，相关系数R=0.999 6。
因此，I与t有如下关系：I(t) = 1.3756 ×e -7.2754×10-4×t/s + 1.4320 (mA)利用上述关系，根据Q=∫0t I(t)d t求出各个t所对应的Q，如表5所示。
同时可求出各个V所对应的q+，也列入表5中。
表5 恒压法测定迁移数实验数据处理结果V/mL t/s Q/C q+/C0.000 0 0.000 0.0000.100 431 1.126 0.9700.200 927 2.255 1.9390.300 1481 3.368 2.9090.400 2092 4.474 3.879利用表5的数据，将q+对Q作图，如图3。
用公式q+ = t+Q进行线性回归，得到参数t+ = 0.865，相关系数平方R2 = 0.999 97。
若按照教材[4]上的数据处理方法，分别计算界面扫过第一刻度(0.0mL)到第四刻度(0.3mL)、第二刻度(0.1mL)到第五刻度(0.4mL)、第一刻度(0.0mL)到第五刻度(0.4mL)的时间内所通过的电量，结果如表6所示。
表6 恒压法测定迁移数实验数据处理结果刻度起点与终点V/mL Q/C q+/C t+= q+/Q0.0mL~0.3mL 0.3 3.368 2.909 0.8640.1mL~0.4mL 0.3 3.348 2.909 0.8690.0mL~0.4mL 0.4 4.474 3.879 0.867因此，迁移数平均值ˉt +=13×(0.864 + 0.869 + 0.867) = 0.867两种数据处理方法对结果影响不大。
我们采用规范的最小二乘回归得到的结果t+ = 0.865。
3.3 讨论分析文献以及手册给出的在25℃条件下0.1mol·L-1的HCl溶液中H+的迁移数为0.8314，可见本实验中无论是恒电流法，还是恒电压法，得到的结果均偏大，相对偏差约4%。
扩散是引起实验误差的最主要原因。
根据Hittorf模型，阴极区附近的H+浓度电解过程中会逐渐减小，造成溶液本体的H+会不可避免地向着电极附近处扩散，实际过程中溶液的H+浓度比c更小，即代入公式计算的c值偏大，导致迁移数偏大。
从实验数据可知，相对而言，两种方法的实验时间是比较长的，每种方法用时在30min~40min，因此H+由足够的时间扩散。
下面就对实验误差做一个简单的估计。
我们假定实验时迁移管内注入了5mL的0.1mol·L-1的HCl溶液，则H+的物质的量为0.5mmol。
根据实验数据，界面从0mL移动到0.5mL时，电解通过的电量约为5.6C，换算为物质的量为0.058mmol，因此H+物质的量变为0.442mmol，溶液中的水的含量没有明显的改变，而HCl的体积改变了0.5mL，即变为0.45mL，这时HCl的浓度约为0.098mol·L-1。
若假定初始时迁移管内的HCl只有3mL，按照同样的分析方法，界面扫过0.5mL时HCl浓度减小到约0.097 mol·L-1。
可以预见，初始时溶液的量越少，对实验结果的影响会越大。
而且，考虑到迁移管上标注的0.0mL 刻度的位置是比较靠上部的，因此当界面移动到0.5mL刻度线时，消耗的H+的物质的量会更多（实验中只是从0.0mL刻度线开始算而已，事实上界面移至0.0mL刻度线时溶液浓度已经小于初始浓度了），因此浓度的改变量会更大，达到百分之几的量级。
因此，本次实验的测定结果与文献值有较大偏差是情理之中。
事实上，界移法测定迁移数的理想条件是迁移管无限长，溶液的量无限多，因此为了减小误差，一个可能合理的做法是在实验时增大HCl溶液的用量，比如迁移管最高刻度线的上端可增加一个类似于胖肚移液管的结构，以储存更多的液体。
其余因素，如万用表测电流时末位数的不稳定，肉眼对液体界面是否恰好达到刻度线的位置的判断，以及在界面到达刻线时需按下秒表记录时间过程中，按键的提前与滞后等，对实验结果的影响并不大，不是造成误差的主要原因。
4 结论本次实验利用界面移动法测定了H+的迁移数。
在恒流条件下得到t+ = 0.866，在恒压条件下得到t+ = 0.865。
5 参考文献[1] 朱文涛. 物理化学，下册. 北京：清华大学出版社，1995：8-14.[2] 北京大学化学学院物理化学实验教学组. 物理化学实验. 北京：北京大学出版社，2002：102-106.[3] 清华大学化学系物理化学实验编写组. 物理化学实验. 北京：清华大学出版社，1991：150-157.[4] 贺德华等. 基础物理化学实验. 北京：高等教育出版社，2008：76-80.6 附录（思考题）1. 为什么在迁移过程中会得到一个稳定界面？为什么界面移动速率就是H+离子移动速率？答：实验在通电时，H+向上迁移，Cl-向下迁移，阳极上Cd被氧化，进入溶液生成CdCl2，逐渐顶替HCl溶液，在迁移管中形成界面。