界面法測定離子遷移數(shù)

1、專業(yè)： 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境 姓名： 韓臣才 學號： 3090100057 日期： 地點： 裝 訂 線實驗報告課程名稱： 大化p 指導老師： 成績：_實驗名稱： 界面移動法測定離子遷移數(shù) 實驗類型： 同組學生姓名： 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、實驗材料與試劑（必填） 四、實驗器材與儀器（必填）五、操作方法和實驗步驟（必填） 六、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理七、實驗結(jié)果與分析（必填） 八、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵?掌握界面移動法測定離子遷移數(shù)的原理和方法；2掌握圖解積分測定電荷的方法。二、實驗內(nèi)容和原理當電流通過電解質(zhì)溶液時，溶液中承擔導電任務(wù)的陰、陽離子分別向陽、陰兩極移動。陰

2、、陽離子遷移的電量總和恰好等于通入溶液的總電量，即： 但由于各種離子的遷移速率不同，各自所遷移的電量也必然不同，將某種離子傳遞的電量與總電量之比，稱為離子遷移數(shù)，則陰、陽離子的遷移數(shù)分別為：，并且 t+ + t- = 1 若溶液中含有數(shù)種陰、陽離子，則t+、t-各為所有陰、陽離子的遷移數(shù)之和。一般講來，某種離子濃度增加，其相應(yīng)的離子遷移數(shù)也有所增加，但也不盡然，由于離子之間的引力場影響的大小隨離子的種類不同，所以離子遷移數(shù)的改變可能由正負之別，還要視離子的種類及周圍環(huán)境而定，另外，遷移數(shù)也要受溫度影響，一般溫度升高，t+和t-的差別減小。測定遷移數(shù)的方法有兩種，一種是界面移動法，一種為電解法（

3、即希托夫法）。本實驗采用界面移動法測定鹽酸中h+的遷移數(shù)，遷移管中離子遷移示意圖見圖1，裝置如圖2所示。圖1 遷移管中的電位梯度 圖2 界面法測離子遷移數(shù)裝置界面移動法測離子遷移數(shù)有兩種，一種是用兩個指示離子，造成兩個界面；另一種是用一種指示離子，只有一個界面。本實驗是用后一方法，以鎘離子作為指示離子，測某濃度的鹽酸溶液中氫離子的遷移數(shù)。 在一截面清晰的垂直遷移管中，充滿hcl溶液，通以電流，當有電量為q的電流通過每個靜止的截面時 摩爾量的h+通過界面向上走， 摩爾量的cl通過界面往下行。假定在管的下部某處存在一界面（aa）,在該界面以下沒有h+存在，而被其他的正離子（例如 ）取代，則此界面將

4、隨著 往上遷移而移動，界面的位置可通過界面上下溶液性質(zhì)的差異而測定。例如，若在溶液中加入酸堿指示劑，則由于上下層溶液ph的不同而顯示不同的顏色，形成清晰的界面。在正常條件下，界面保持清晰，界面以上的一段溶液保持均勻，h+往上遷移的平均速率，等于界面向上移動的速率。在某通電的時間（t）內(nèi)，界面掃過的體積為v， 輸運電荷的數(shù)量為在該體積中h+帶電的總數(shù)，根據(jù)遷移數(shù)定義可得：式中，c為 的濃度，a為遷移管橫截面積，l為界面移動的距離，i為通過的電流，t為遷移的時間，f為法拉第常數(shù)。 欲使界面保持清晰，必須使界面上、下電解質(zhì)不相混合，可以通過選擇合適的指示離子在通電情況下達到。cdcl2溶液能滿足這個

5、要求，因為 電遷移率（u）較小，即 在圖1的實驗裝置中，通電時，h+向上遷移，cl向下遷移，在cd陽極上cd氧化，進入溶液生成cdcl2，逐漸頂替hcl溶液，在管外形成界面。由于溶液要保持電中性，且任一截面都不會中斷傳遞電流，h+遷移走后的區(qū)域， 緊緊跟上，離子的遷移速率 是相等的，即 。由此可得：所以。 即在cdcl2溶液中電位梯度是較大的，如圖4.1所示。因此若h+因擴散作用落入cdcl2溶液層，它就不僅比 遷移的快，而且比界面上的h+也要快，能趕回到hcl 層。同樣若任何 進入低電位梯度的hcl溶液，它就要減速，一直到它們重又落后于 為止，這樣界面在通電過程中保持清晰。三、主要儀器設(shè)備儀

6、器：遷移管1支（用1ml刻度移液管及恒溫回流管和注液小漏斗組成）；-1+4mv記錄儀1臺；鎘電極和銅電極；超級恒溫槽1臺；帶尼龍管的5ml針筒2只；50ml小燒杯兩只；晶體管直流穩(wěn)壓電源1臺；接線匣1只；導線若干；停表；廢液缸1個；砂紙若干。試劑：含甲基紫的hcl溶液（0.1mol.l1）。四、操作方法和實驗步驟1按圖2裝置儀器，用帶尼龍管的針筒吸取蒸餾水洗遷移管兩次并檢查遷移管是否漏水，吸取少量的含甲基紫的hcl溶液（待測液），直接插入到遷移管的最下端，將遷移管洗滌兩次，然后將待測液慢慢加入遷移管中，裝入溶液量以插入上端銅電極時，能浸過電極為限。2按照圖2接好線路，檢查無誤后，再開始實驗。調(diào)

7、節(jié)恒溫槽溫度為25，待溫度恒定后，并調(diào)節(jié)電流至3.5ma左右。打開記錄儀開關(guān)，隨著電解進行，cd陽極會不斷溶解變?yōu)?。由于 的遷移速度小于 ，因而，過一段時間后，在遷移管下部就會形成一個清晰的界面，并漸漸地向上移動，當界面移動到某一可清晰觀測的刻度時，打開停表開始記時。此后，每當界面移動0.05ml，記下相應(yīng)的時間和電壓讀數(shù)，直到界面移動0.5ml。3調(diào)節(jié)恒溫槽溫度為35，測定0.1mol.l-1鹽酸 中h+的遷移數(shù)。4實驗完畢，將遷移管溶液倒入指定回收瓶中，洗遷移管的初次廢液也應(yīng)注入回收瓶中。遷移管洗凈后，裝滿蒸餾水，放回原處。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理室溫：27.3；hcl濃度：0.1017m

8、ol.l-1；標準電阻：1 歐姆試驗記錄和結(jié)果如下：30v(ml)v(mv)t(s)vcf(mv)q(it)t(h+)03.830490.70.053.75138490.7523.020.940.13.67285490.7545.370.900.153.59423490.7500.940.980.23.53570490.7523.320.940.253.46717490.7513.7650.960.33.39882490.7565.1250.870.353.331031490.7500.640.980.43.271181490.74950.990.453.211345490.7531.360.

9、920.53.151518490.7550.140.89average0.9435v(ml)v(mv)t(s)vcf(mv)q(it)t(h+)03.760490.70.053.69147490.7547.5750.900.13.61301490.7562.10.870.153.54454490.7546.9750.900.23.47615490.7564.3050.870.253.41772490.7540.080.910.33.35935490.7550.940.890.353.281094490.7527.0850.930.43.231257490.7530.5650.920.453.1

10、71439490.7582.40.840.53.121597490.7496.910.99average0.90即，30時氫離子遷移數(shù)為0.94；35時為0.90；文獻值為0.82，誤差為9.7%誤差分析：1. 實驗裝置的所帶有的系統(tǒng)誤差； 2. 因放置時間過長等原因使實驗所用的0.1mol.l1含甲基紫的hcl溶液的濃度發(fā)生變化，與所標定的值不同； 3. 遷移管上刻度模糊，對界面移動刻度的判斷有所偏差，使實驗結(jié)果產(chǎn)生誤差； 4. 實驗過程中，由桌面振動或碰觸儀器等原因，使遷移管產(chǎn)生振動，產(chǎn)生誤差。 5.試驗過程中由于cd的生成，使上部溶液的濃度增加，而計算時仍按照給定值計算，因此會產(chǎn)生一定的

11、誤差。七、討論、心得經(jīng)過本實驗總結(jié)的操作注意事項：1中間管與陰極管、陽極管連接處不留氣泡。2電極的正負極不要顛倒。3上端的塞子不能塞緊，要留有縫隙。4鎘化物有毒，要注意廢液的處理。思考題：1. 本實驗讀書值一直減小，為什么？ 答：讀書減小說明電阻增大，固定電阻值是固定不變的，因此增大的部分來自所測溶液。所測溶液通電，其氫離子一直向負極移動，氯離子一直向正極移動，故有效的載運電荷的離子總數(shù)是減小的，體現(xiàn)為電阻增大，從而是讀書一直減小。 2.保持界面清晰的條件是什么？答：實驗的準確性、成敗關(guān)鍵主要取決于移動界面的清晰程度。若界面不清晰，則遷移體積測量不準，導致遷移數(shù)測量不準確。因此，實驗過程中凡是能引起溶液擴散，攪動，對流等因素都要避免，如應(yīng)避免桌面振動。欲使界面保持清晰，必須使界面上下電解質(zhì)不相混合，這可以通過選擇合適的指示離子