離子遷移數的測定物化實驗報告

1、離子遷移數的測定一界面法2實驗操作2.1儀器藥品.儀器型號及測試裝置示意圖遷移管，DC-0510節(jié)能型智能恒溫槽（寧波新芝生物科技股份有限公司），Cd電極，Ag電極，UT56優(yōu)利徳萬用表，DHD300V/50mA直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源（北京大華無線電儀器廠），秒表，砂紙HC1溶液(0.1005moll),圖1界面法測離子遷移數裝置2.2實驗條件室溫：20.0C濕度：34%大氣壓：1016.6hPa2.3實驗操作步驟及方法要點（1）按圖安裝電路儀器。配制及標定濃度約為O.lmol/L的鹽酸。加入少許甲基橙，使溶液呈紅色。將超級恒溫水浴溫度調至25Co用少許鹽酸溶液潤洗遷移管兩次，而后在整個管中加滿鹽酸

2、溶液。注意：切勿使管壁粘附氣泡。將鎘電極套管加滿鹽酸溶液（安裝前檢査鎘電極，如果電極表面被氧化，用砂紙將電極氧化層打磨干凈），安裝在遷移管的下部。遷移管垂直固定避免振蕩，照圖連接好線路，檢査無誤后，再開始實驗。（2）打開穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，選擇開關撥到穩(wěn)壓，調節(jié)電流在67mA之間。隨著電解進行，陽極鎘會不斷溶解變?yōu)镃d2+,由于H+離子的遷移，出現潔晰界面。當界面移動到第一個刻度時，立即打開秒表。此后，每隔一分鐘記錄時間及對應的電流值。每當界面移動至第二、第三等整數刻度的時候，記下相應的時間及對應的電流值，直到界面移動至第五個刻度（每刻度的間隔為0.lniL）關閉電源開關，過數分鐘后，觀察界面有何變

3、化。再打開電源，過數分鐘后，再觀察之。試解釋產生變化的原因。（3）以上實驗是電壓恒定，通過測量電流隨時間的變化來得到遷移數的。試用恒電流的方法重復上述實驗。用電流恒定（1=3mA）的方法，我們只需要記錄電流值及界面遷移到整數刻度時（即0.1mL、0.2mL、0.5rnL）的時間即可。試比較兩種方法。3結果與討論3.1原始實驗數據所測量的HC1溶液濃度0.1005moVL（1）恒電壓測就U=138V表1不同時刻的電流值t/mui012345678910I/niA6.6256.3246.0475.8035.5605.3395.1454.9714.8144.6724.543t/mui11121314

4、15161718192021I/niA4.4224.3134.2144.1184.0323.9453.8693.7903.7233.6553.593表2界面過整數刻度的時間及電流V/mL00.100.200.300.400.50t02,54”8816,22”006102458214,41”0391925475IzmA6.5615.8015.0794.4934.0603.686注：時間格式為min，sms0.999根據表2里的時間數據，根據下式積分，求出通過的總電荷量Q結果見表4。Q=tIdt表4恒電壓時界面過整刻度時的數據刻度/mLt/sLniAQ/C0174.8816.62500.10382

5、.0065.8011.090.20624.5825.0792.210.30881.0394.4933.340.401165.4754.0604.460.50174.8813.6865.56由q+=VcFft+=y,則有t+:q+vcfv=cF一QQQ或者可以寫成dVt+=CFdQ其中如為H攜帶的電量，Q為通過溶液的總電量，V為界面掃過的體積，g為H+的遷移數,c為HC1溶液濃度，F為Faraday常數。根據表4數據，作出VQ曲線，并進行線性擬合，如下圖所示。Q/C圖3恒電壓操作的VQ曲線從而可以得到斜率喬=0.0893niL/CdQ相應的R20.999所以dVqt+=cF=0.1005x964

6、85x0.0863xIO3=0.866（2）恒電流測量1=3.012mA,保持不變，則Q=I-t根據上式求出Q,結果見表5。表5恒電流時界面過整刻度時的數據V/niLt/sQ/C0000.10371.7231.1200.20754.4252.2720.301126.3413.3930.401499.1194.5150.501868.8055.629作出VQ曲線，并進行線性擬合，如圖4所示。Q/C圖4恒電流操作的VQ曲線從而可以得到斜率咯=0.0887niL/C相應的R20.999所以dVCFdQ=0.1005x96485x0.0887xlO3=0.8603.3討論分析CD測定數據及計算結果的分

7、析.比較與理論值對比文獻給岀25時,0.1moVLHCl溶液中,才遷移數為0.831。本實驗測量的HC1溶液濃度為0.1005mol/L,與文獻條件大致相同，可以用作對比。下表匯報了兩種測量方法的結果和相對誤差（近似認為t+=0.831為理論值）。表6測量結果及相對誤差測量方法t+相對誤差恒電壓0.866+4.2%恒電流0.860+3.5%可以發(fā)現兩種方法都有一定誤差，而且比較大。不過考慮到此濃度下的理論值會比上述0.831要大，實際誤差可能沒這么大。誤差分析本實驗最大誤差來自時間的測量。a）雖然加入甲基橙可以指示出一個淸晰的界面，但由于界面上方紅色不深（是淡淡的粉色），而且遷移管很細、刻度線

8、與玻璃的對比度不是很高，這就給判斷界面所移動到的位置帶來了困難。比如，我認為界面已經到達整數刻度并且按下秒表后，過了幾秒，界面似乎還停留在那個整數刻度處。解決方案可以是在界面快要到達整數刻度的時候一直盯著界面，不過由于界面遷移得很慢，這樣會比較累。如果時間測量不準，算出的電量也就不準了。b）由于只有1個秒表，該秒表在計次后示數會停止幾秒以便記錄（但仍在計時）。如果界面到達整數刻度的時間與應該記錄電流的時間恰好離得很近，暫停的示數就會造成干擾,也容易在回看數據時發(fā)生混亂。所以本實驗用秒表記錄的是界面到達刻度線的時間，而記錄It數據時，沒有準確記錄時間（只是目測時間，也可以從表1中看時間的有效位數

9、）。實驗室就應該配2個秒表，否則容易手忙腳亂的。另外，鹽酸濃度沒有經過準確標定，而且添加了幾滴的指示劑，可能會對實際濃度造成微小的影響。恒電流的測量相對誤差比較小，這應該就是因為時間記錄相對準確，而且事實上電流變化非常小（最大變化幅度也就0.001niA）o（2）對實驗現象進行分析解釋伽電極上不斷有氣泡產生.解釋：電解時，陰極上發(fā)生還原反應2H+2eTH,氣體為氫氣。這也說明了為什么要把銀電極放在上面，否則生成的氣體就會進入遷移管，引起斷路。通電后一段時間，遷移骨中出現界面，界面上方為紅色、下方為無色，且界面不斷向上移動.解釋：陽極發(fā)生氧化反應Cd-2e-TCd,陽極附近的溶液為CdCb,本應

10、使指示劑甲基橙顯淺橙色，但由于指示劑濃度很低，所以看上去是無色透明的。而HC1溶液呈較強酸性，使甲基橙顯紅色，從而形成清晰界面。隨著IT向陰極（遷移管上端）遷移，界面也不斷上移。恒定電壓測量時，電流不斷變小.解釋：電解總反應式2H*+CdT0T+Cd體系內的離子越來越少，導電能力下降，電阻變大，所以電流不斷變小。關閉電源后，界面慢慢變模糊；重新打開電源后一段時間，界面又變清晰。解釋：關閉電源后，遷移管內沒有電場，于是離子自由擴散：界面上方C（P濃度低，所以Cd2+向上擴散；界面下方H*濃度低，所以H+向下擴散。這樣界面就變模糊了?？梢韵胂?如果放置一段時間，遷移管內溶液就比較均勻了，自然不會有

11、界面。而當電源重新開啟后，由于Ucd2.UH+(u為電遷移率)且界面下方電勢梯度上方電勢梯度，兩種離子在電場作用下又各自回到自己一方溶液中，潔晰界面再次形成。(3對儀器裝置、操作步驟、實驗方法的改進意見下面是一些操作技巧。從開始通電到出現界面需要較長時間。所以可以適當調高電流，待界面移動到0刻度下方0.1niL距離處，再將電流控制在3niA附近的某個值。向遷移管中加溶液時，要善于利用連通器原理進行操作：將鹽酸溶液滴瓶套管接在遷移管下端，把滴瓶舉高，打開滴瓶活塞、橡皮管鐵夾，溶液自然能充滿遷移管。如果直接把套著橡膠套的Cd電極插入遷移管下端，必然會帶入氣泡。所以先用滴管給橡膠套加滿溶液(橡膠套另

12、一端已經插著Cd電極)，然后再插入遷移管下端。4結論本實驗以C少為指示離子，用界面法測量了25下0.1005mol/LHC1溶液中的H*遷移數恒電壓法測得t+=0.866,恒電流法測得t+=O.86O05參考文獻1賀徳華等-基礎物理化學實驗-6附錄為什么在遷移過程中會得到一個穩(wěn)定界面？為什么界面移動速度就是H*離子移動速度？由尸=嗜、咲廣1仃可推得界面下方電勢梯度上方電勢梯度。因此H+因擴散作用落入CdCb溶液層。它就不僅比Cd”遷移得快，而且比界面上的H-也要快，能趕回到HC1層。同樣若任何Cd”進入低電位梯度的HC1溶液，它就要減速，一直到它們重又落后于IT為止，這樣界面在通電過程中保持淸晰。實驗過程中電流值為什么會逐漸