界面移動(dòng)法測(cè)定離子的遷移數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)十離子遷移數(shù)的測(cè)定界面移動(dòng)法(2.10.1)1目的要求(1) 加深理解遷移數(shù)的基本概念。(2) 用界面移動(dòng)法測(cè)定HCI水溶液中離 子遷移數(shù)，掌握其方法與技術(shù)。(3) 觀察在電場(chǎng)作用下離子的遷移現(xiàn) 象。2基本原理(1) 離子的遷移數(shù)有多種測(cè)定方法，如希托夫法(Hittorf)、電動(dòng)勢(shì)法、界面移動(dòng)法等， 其中界面移動(dòng)法是一種比較簡(jiǎn)便的方法。其 測(cè)量原理是在一個(gè)垂直的管子中有MA、MA、MA三種溶液，其中MA為被測(cè)的一對(duì) 離子，M A、MA為指示溶液。為了防止因 重力作用將三種溶液互相混合，把密度大的 放在下面。為使界面保持清晰，M的遷移速度應(yīng)比M小，A的遷移速度應(yīng)比A小。圖 2.10.1中的界

2、面b向陽(yáng)極移動(dòng)，界面a向陰極移 動(dòng)。如果在通電后的某一時(shí)刻，a移至a, b移至b ，距離aa、bb與M+、A-的遷移速度有關(guān)，若溶液是均勻的，ab間的電位梯度是均勻的，則aa Vbb正、負(fù)離子的遷移數(shù)可用下式表示r=VVVaaaa bb(2.10.2)(2.10.3)丄V_bbHt _ V V_ aa bb式中t+、t-分別為正、負(fù)離子遷移數(shù)，V+、V-分別為正、負(fù)離子遷移的體積。測(cè)定aa、 bb即可求出t+、t-。(2) 另一種方法是使用一種指示劑溶液，只觀察一個(gè)界面的移動(dòng)，求算離子遷移數(shù)。當(dāng)有96500C的電量通過溶液時(shí)，亦即1mol電子通過溶液時(shí)，假設(shè)有 n+的M+向陰極移動(dòng),n-的A-

3、向陽(yáng)極移動(dòng)，那么，一定有n+n-=1mol。由離子遷移數(shù)的定義可知，此時(shí)的n+即為t+,n-即為t-.設(shè)Vo是含有MA物質(zhì)的量為1mol的溶液的體積，當(dāng)有1mol的電子通過溶液時(shí)，界面向陰極移動(dòng)的體積為t+Vo,如經(jīng)過溶液電量為 Q,那么，界面向陰極移動(dòng)體積為QVt Vo(2.10.4)FVQVo(2.10.5)(2.10.6)式中c為MA溶液的濃度(2.10.7)式中I為電流強(qiáng)度，t為通電時(shí)間。將式(2.10.6)，式(2.10.7)代入式(2.10.5)中得到cFVIt(2.10.8)本實(shí)驗(yàn)是采用第二種方法測(cè)定HCI溶液中的H +、Cl-離子的遷移數(shù)。遷移管是一支有刻度的玻璃管，下端放Cd

4、棒作陽(yáng)極，上端放鉑絲作陰極(圖2.10.2)，遷移管上部為HCI溶液，下部為CdCl2溶液。二者具有共同的陰離子，HCI溶液中加有甲基橙可以形成清晰界面。因?yàn)镃d2+淌度(U)較小，即(2.10.9)通電時(shí)，H +向上遷移，Cl-向下遷移，在 Cd陽(yáng)極上Cd氧化，進(jìn)入溶液生成 CdCl2, 逐漸頂替HCI溶液，在管中形成界面。由于溶液要保持電中性，且任一截面都不會(huì)中斷傳遞電流，H +遷移走后的區(qū)域，Cd2+緊緊地跟上，離子的移動(dòng)速度(V)是相等的，二廣 f-由此可得：(2.10.10)結(jié)合(2.10.9)和(2.10.10)式得：迪 dEdE dE即在CdCS溶液中電位梯度是較大的，因此若H+

5、因擴(kuò)散作用落入 CdCS溶液層。它就不僅比Cd2+遷移得快，而且比界面上的H+也要快，能趕回到 HCI層。同樣若任何 Cd2+進(jìn)入低電位梯度的 HCI溶液，它就要減速，一直到它們重又落后于H+為止，這樣界面在通電過程中保持清晰。(2.10.11)3儀器試劑T圖 2.10.212345 Pt 電極 6 HCI7 CdCl2 8Cd電極(2.10.12)(2.10.13)直流穩(wěn)壓電源直流毫安表電遷移法遷移數(shù)測(cè)定儀1套HCI 溶液(0.05mol L：)CdCl2溶液(O.OImol L-1)甲基橙指示劑4實(shí)驗(yàn)步驟(1) 洗凈界面移動(dòng)測(cè)定管，先放置 CdCl2溶液，然后小心放置有甲基橙的 HCI 溶

6、液，按圖2.10.2裝好儀器。關(guān)上開關(guān)，使 通過電流為5mA10mA，直至實(shí)驗(yàn)完畢。(2) 隨電解進(jìn)行Cd電極不斷失去電子 而變成Cd2+溶解下來，由于Cd2+的遷移速 度小于H +，因而過一段時(shí)間后(約20min), 在遷移管下部就會(huì)形成一個(gè)清晰的界面， 界面以下是中性的 CdCl2溶液呈橙色；界面 以上是酸性的HCI溶液呈紅色，從而可以 清楚地觀察到界面，且漸漸向上移動(dòng)。每隔10min讀一次刻度數(shù)據(jù)，記下相應(yīng)的時(shí) 間和界面遷移體積數(shù)據(jù)以及電流值，共讀8 套數(shù)據(jù)。5數(shù)據(jù)處理(1)數(shù)據(jù)記錄:遷移時(shí)間(t/s)遷移體積(V/m(2)作出V-It關(guān)系圖，由直線斜率求出dV/d(It) 根據(jù)公式(2.10.12)和公式(2.10.佝 求出H+、Cl-遷移數(shù)t+=cFdV/d(lt)t= 1 -t+6注意事項(xiàng) 測(cè)定管要洗凈，以免其它離子干擾。 基橙不能加得太多，否則會(huì)影響HCI溶液濃度。 通過后由于CdCl2層的形成電阻加大，電流會(huì)漸漸變小，因此若實(shí)驗(yàn)中使用的不是 恒電流設(shè)備，應(yīng)不斷調(diào)節(jié)電流使其保持不變。7思考題)通電電流(I/A)(1) 遷