希托夫法测定离子迁移数.ppt

希托夫（Hittorf）法 测定离子迁移数,实验目的与要求,1.掌握希托夫法测定离子迁移数的原理、方法 2.学习库仑计的使用原理及使用方法 3.测定CuSO4溶液中Cu2+和SO42-的迁移数,预 习 要 求,1.明确迁移数的概念； 2.掌握希托夫法实验的验证原理； 3.了解铜库仑计的正确使用；,仪 器 及 试 剂,希托夫测定仪 HTF7B铜库仑计 晶体管直流稳压电源 金相砂纸（0） 250L锥形瓶 CuSO4 固体(A.R.) 0.05moll-1CuSO4溶液 稀HNO3 （A.R.） 10%KI溶液 1molL-1HAC溶液 0.5淀粉 无水乙醇(A.R.) 0.0500moll-1 NaS2O4 溶液,希托夫法测定迁移数的实验装置图,离子迁移数的概念,有电流通过解质溶液时， 溶液中各正、负离子分别会发生迁移。 假若正、负离子传递的电量分别为q-和q+ ， 通过的总电量Q ，则 Q = q+ + q- 每种离子传递的电量与在总电量中所占的份额， 就是离子迁移数。 t+ = q+Q t- = q-Q,t+ t- ,测定离子迁移数的原理,未通电前,通电时，离子迁移,通电后,Cu2+ + e Cu,Cu- e Cu2+,以电极区迁入离子为对象,阴极区内: 迁入Cu2+ n阴极 = n原始+ n迁移,+- n析出 n迁移,+ = q+ / F = n阴极 - n原始 + n析出 阳极区内: 迁入SO42- n阳极 = n原始+ n迁移,- n迁移,- = q- / F = n阳极 - n原始,电极上发生的反应的量可用法拉第定律求算。 电解后，阴、阳两极区浓度都改变，中间区浓度不变。 希托夫法假定，电解前、后溶液中溶剂水的量不发生改变。,希托夫法测定原理,希托夫法测定的两个假定,（1）溶剂不导电。 （2）离子不水化。,这种不考虑水合现象测得的迁移数 称为希托夫迁移数 (或者称为表观迁移数)。,实 验 步 骤,1.准备工作 2.电解前的操作 3.电解后的操作 4.滴定溶液Cu2浓度,准 备 工 作,1.准备铜库仑计 取出电极铜片在稀硝酸中稍微浸泡一下， 以除去表面的氧化层； 用蒸馏水冲洗，再用乙醇淋洗阴极铜片; 用电吹风等鼓风装置，将阴电极片吹干； 注:吹干时，温度不能太高，以免铜氧化。 在分析天平上称重得w1 ，放回库仑计中。,2.准备好迁移管 用少量0.05molL1CuSO4溶液荡洗迁移管两次后，将迁移管中充满0.05molL1CuSO4溶液。 3.电解过程 (1)按图接好线路，通电； (2)保持电流在 mA(稳流电解法）； (3)通电1 小时后，停止通电。,电 解 前 的 操 作,电 解 后 的 操 作,4.分离中间溶液 立即打开中间区域活塞,放出溶液. 注意:有效地分离三个区域的溶液，防止扩散. 5.称重库仑计阴极及需要数据的对应数据 (1)再次处理阴极铜片，并在分析天平上称重得W2。 (2)将阴或阳极区溶液注入已知质量的锥形瓶后 称重； 或者准确量出所分离出的电极区溶液的准确体积。,滴定Cu2离子实验过程,6.分别滴定待测溶液的Cu2离子浓度 (1)分别取10mL 各区溶液(称重或者量体积后) 加入:10%KI溶液10mL和1molL-1乙酸溶液10mL; (2)用0.0500mol/L标准硫代硫酸钠溶液滴定 滴至淡黄色; (3)加入1mL0.5淀粉滴至蓝紫色消失, 溶液呈象牙粉色。,注 意 事 项,1.如果中间区的浓度改变大,实验失败 2.通电过程中，迁移管应避免振动 3.电解结束时,尽快分流出中间溶液, 谨防各区域溶液混合 4.铜库仑计阴极称量及前处理需仔细进行 5.本实验的计算单位为1法拉第电量,数 据 记 录,1.将所测数据列表 室温 ； 大气压 ； 铜库仑计电解前的质量(w1): g； 铜库仑计电解后的质量(w2): g； 电解的电流值: mA: 电解的时间: h.,2 各溶液的质量与浓度关系:,1.计算实际析出量n析出和总迁移电量n总 2.以10ml溶液中Cu2+的浓度及含水量, 换算出相应电极区中水的总量W水 或者对应总体积V水; 3.计算离子的迁移数 tSO42-或t Cu2+ ;再比较差别.,数 据 处 理,计算公式（一）,本算法需要准确称得相应区域溶液的质量,计算公式（二）,本算法需要准确测定相应区域溶液的体积,计算公式（三）,本算法需得到阴、阳极两区溶液的浓度数据,思 考 题,1.通过库仑计阴极的电流密度为什么不能太大？ 2.通过电前后中部区溶液的浓度改变，须重做实验，为什么？ 3.0.1molL-1KCl和 0.1molL-1NaCl中的Cl-迁移数是否相同？ 4.测定离子迁移数时与哪些因素有关。,实验附加内容简介,库仑计的原理 库仑计的应用 库仑计的使用说明 铜库仑计电解液的配制 电解电量的计算方法,附1：库仑计的原理,库仑计就是一个特殊的电解槽; 槽中通过的电量与电极上析出的 产物间完全符合法拉第定律； 在特制的电解液中进行 电解槽本身的电流效率是100%,附2: 库仑计的应用,由于铜库仑计制作简单，操作方便，其精度(0.50.05%) 铜库仑计通常采用玻璃容器或有机玻璃容器，其中放入铜库仑计的电解液，然后内插三个电极，中间为阴极片(铜片)，两旁为纯铜制成的阳极片。 为保证铜库仑计的精确度，必须恰当选用阴极面积(指有效面积)，其原则为阴极电流密度应控制在0.22安培/分米2之间。 电流效率是通过测量阴极重量的变化而获得的，因而重量称量精度直接影响电流效率的精度，所以必须采用分析天平称重。,本实验条件： 20200mA/10cm,铜库仑计的电解液的配制,CuSO45H2O 125150g/l H2SO4(比重1.84) 25ml/l 乙醇 50ml/l,配制方法: 100mL水 10克CuSO4 5mL浓硫酸 5mL乙醇,(1) 工作电极上除待测物质外，无其它任何电极反应发生（无副反应） (2) 电流效率必须100%,采用较高纯度的试剂和溶剂 设法避免电极上副反应的发生,使用乙醇和浓硫酸活化电极，并限制其它副反应在电极上发生,保证电流效率达到或接近100%需要:,库仑计上的铜电极纯度为99.999%,法拉第电解定律的先决条件,附3:库仑计的使用说明,1.准备好铜库仑计; 2.为使铜在阴极上沉积牢固，使阴极首先镀上一层铜; 3.取出阴极铜片先用蒸馏水洗，再用乙醇淋洗； 4.吹干（注意：温度不能太高，以免铜氧化）； 5.在分析天平上称重得w1 ，放回库仑计中。 6.电解结束时，再次按3、4步处理阴极片，并在分析天平上称重得w2。,附4:库仑计预电解条件,方法是把铜阴极用水洗净，放入电解质溶液中 用电流密度为10-15 毫安/厘米2，电镀0.5-1 小时。,本实验条件： 100150mA/10cm,法拉第定律的两个基本规则: 电解时在电极上发生反应的物质的量与通过的电荷量成正比; 当以相同的电荷量分别通过几个串联的电解槽时,电解池通过1 法拉第电量,则各电极上析出的物质与其M/n成正比例。,附5:电解电量的计算方法,通常将96484.5C 的电量称为1法拉第电量， 以F 表示，即1F=96484.5C,n 为电极反应式中，电荷数的变化,Cu2