界面法测定离子迁移数.doc

专业： 农业资源与环境 姓名： 韩臣才 学号： 3090100057 日期： 地点： 装 订 线实验报告课程名称： 大化p 指导老师： 成绩：_实验名称： 界面移动法测定离子迁移数 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、实验材料与试剂（必填） 四、实验器材与仪器（必填）五、操作方法和实验步骤（必填） 六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析（必填） 八、讨论、心得一、实验目的和要求1掌握界面移动法测定离子迁移数的原理和方法；2掌握图解积分测定电荷的方法。二、实验内容和原理当电流通过电解质溶液时，溶液中承担导电任务的阴、阳离子分别向阳、阴两极移动。阴、阳离子迁移的电量总和恰好等于通入溶液的总电量，即： 但由于各种离子的迁移速率不同，各自所迁移的电量也必然不同，将某种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数，则阴、阳离子的迁移数分别为：，并且 t+ + t- = 1 若溶液中含有数种阴、阳离子，则t+、t-各为所有阴、阳离子的迁移数之和。一般讲来，某种离子浓度增加，其相应的离子迁移数也有所增加，但也不尽然，由于离子之间的引力场影响的大小随离子的种类不同，所以离子迁移数的改变可能由正负之别，还要视离子的种类及周围环境而定，另外，迁移数也要受温度影响，一般温度升高，t+和t-的差别减小。测定迁移数的方法有两种，一种是界面移动法，一种为电解法（即希托夫法）。本实验采用界面移动法测定盐酸中h+的迁移数，迁移管中离子迁移示意图见图1，装置如图2所示。图1 迁移管中的电位梯度 图2 界面法测离子迁移数装置界面移动法测离子迁移数有两种，一种是用两个指示离子，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，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。 在一截面清晰的垂直迁移管中，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 摩尔量的h+通过界面向上走， 摩尔量的cl通过界面往下行。假定在管的下部某处存在一界面（aa）,在该界面以下没有h+存在，而被其他的正离子（例如 ）取代，则此界面将随着 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，若在溶液中加入酸碱指示剂，则由于上下层溶液ph的不同而显示不同的颜色，形成清晰的界面。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， 输运电荷的数量为在该体积中h+带电的总数，根据迁移数定义可得：式中，c为 的浓度，a为迁移管横截面积，l为界面移动的距离，i为通过的电流，t为迁移的时间，f为法拉第常数。 欲使界面保持清晰，必须使界面上、下电解质不相混合，可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到。cdcl2溶液能满足这个要求，因为 电迁移率（u）较小，即 在图1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溶液，在管外形成界面。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， 紧紧跟上，离子的迁移速率 是相等的，即 。由此可得：所以。 即在cdcl2溶液中电位梯度是较大的，如图4.1所示。因此若h+因扩散作用落入cdcl2溶液层，它就不仅比 迁移的快，而且比界面上的h+也要快，能赶回到hcl 层。同样若任何 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 为止，这样界面在通电过程中保持清晰。三、主要仪器设备仪器：迁移管1支（用1ml刻度移液管及恒温回流管和注液小漏斗组成）；-1+4mv记录仪1台；镉电极和铜电极；超级恒温槽1台；带尼龙管的5ml针筒2只；50ml小烧杯两只；晶体管直流稳压电源1台；接线匣1只；导线若干；停表；废液缸1个；砂纸若干。试剂：含甲基紫的hcl溶液（0.1mol.l1）。四、操作方法和实验步骤1按图2装置仪器，用带尼龙管的针筒吸取蒸馏水洗迁移管两次并检查迁移管是否漏水，吸取少量的含甲基紫的hcl溶液（待测液），直接插入到迁移管的最下端，将迁移管洗涤两次，然后将待测液慢慢加入迁移管中，装入溶液量以插入上端铜电极时，能浸过电极为限。2按照图2接好线路，检查无误后，再开始实验。调节恒温槽温度为25，待温度恒定后，并调节电流至3.5ma左右。打开记录仪开关，随着电解进行，cd阳极会不断溶解变为 。由于 的迁移速度小于 ，因而，过一段时间后，在迁移管下部就会形成一个清晰的界面，并渐渐地向上移动，当界面移动到某一可清晰观测的刻度时，打开停表开始记时。此后，每当界面移动0.05ml，记下相应的时间和电压读数，直到界面移动0.5ml。3调节恒温槽温度为35，测定0.1mol.l-1盐酸 中h+的迁移数。4实验完毕，将迁移管溶液倒入指定回收瓶中，洗迁移管的初次废液也应注入回收瓶中。迁移管洗净后，装满蒸馏水，放回原处。五、实验数据记录和处理室温：27.3；hcl浓度：0.1017mol.l-1；标准电阻：1 欧姆试验记录和结果如下：30v(ml)v(mv)t(s)vcf(mv)q(it)t(h+)03.830490.70.053.75138490.7523.020.940.13.67285490.7545.370.900.153.59423490.7500.940.980.23.53570490.7523.320.940.253.46717490.7513.7650.960.33.39882490.7565.1250.870.353.331031490.7500.640.980.43.271181490.74950.990.453.211345490.7531.360.920.53.151518490.7550.140.89average0.9435v(ml)v(mv)t(s)vcf(mv)q(it)t(h+)03.760490.70.053.69147490.7547.5750.900.13.61301490.7562.10.870.153.54454490.7546.9750.900.23.47615490.7564.3050.870.253.41772490.7540.080.910.33.35935490.7550.940.890.353.281094490.7527.0850.930.43.231257490.7530.5650.920.453.171439490.7582.40.840.53.121597490.7496.910.99average0.90即，30时氢离子迁移数为0.94；35时为0.90；文献值为0.82，误差为9.7%误差分析：1. 实验装置的所带有的系统误差； 2. 因放置时间过长等原因使实验所用的0.1mol.l1含甲基紫的hcl溶液的浓度发生变化，与所标定的值不同； 3. 迁移管上刻度模糊，对界面移动刻度的判断有所偏差，使实验结果产生误差； 4. 实验过程中，由桌面振动或碰触仪器等原因，使迁移管产生振动，产生误差。 5.试验过程中由于cd的生成，使上部溶液的浓度增加，而计算时仍按照给定值计算，因此会产生一定的误差。七、讨论、心得经过本实验总结的操作注意事项：1中间管与阴极管、阳极管连接处不留气泡。2电极的正负极不要颠倒。3上端的塞子不能塞紧，要留有缝隙。4镉化物有毒，要注意废液的处理。思考题：1. 本实验读书值一直减小，为什么？ 答：读书减小说明电阻增大，固定电阻值是固定不变的，因此增大的部分来自所测溶液。所测溶液通电，其氢离子一直向负极移动，氯离子一直向正极移动，故有效的载运电荷的离子总数是减小的，体现为电阻增大，从而是读书一直减小。 2.保持界面清晰的条件是什么？答：实验的准确性、成败关键主要取决于移动界面的清晰程度。若界面不清晰，则迁移体积测量不准，导致迁移数测量不准确。因此，实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动，对流等因素都要避免，如应避免桌面振动。欲使界面保持清晰，必须使界面上下电解质不相混合，这可以通过选择合适的指示离子