离子迁移数的测定.doc

物理化学实验教案 （刘杰）实验十 离子迁移数的测定 【目的要求】1掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁移数的某本原理和操作方法。2测定CuSO4溶液中Cu2+和SO42-的迁移数。【实验原理】当电流通过电解质溶液时，溶液中的正负离子各自向阴、阳两极迁移，由于各种离子的迁移速度不同，各自所带过去的电量也必然不同。每种离子所带过去的电量与通过溶液的总电量之比，称为该离子在此溶液中的迁移数。若正负离子传递电量分别为q+和q，通过溶液的总电量为Q, 则正负离子的迁移数分别为： t+=q+/Q t-q-/Q离子迁移数与浓度、温度、溶剂的性质有关，增加某种离子的浓度则该离子传递电量的百分数增加，离子迁移数也相应增加；温度改变，离子迁移数也会发生变化，但温度升高正负离子的迁移数差别较小；同一种离子在不同电解质中迁移数是不同的。离子迁移数可以直接测定，方法有希托夫法、界面移动法和电动势法等。用希托夫法测定CuSO4溶液中Cu2+和SO42-的迁移数时，在溶液中间区浓度不变的条件下，分析通电前原溶液及通电后阳极区（或阴极区）溶液的浓度，比较等重量溶剂所含MA的量，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的MA的量。通过溶液的总电量Q由串联在电路中的电量计测定。可算出t+和t-。在迁移管中，两电极均为Cu电极。其中放CuSO4溶液。通电时，溶液中的Cu2+在阴极上发生还原，而在阳极上金属银溶解生成Cu2+。因此，通电时一方面阳极区有Cu2+迁移出，另一方面电极上Cu溶解生成Cu2+，因而有，式中n迁表示迁移出阳极区的电荷的量，n原表示通电前阳极区所含电荷的量，n后表示通电后阳极区所含Cu2+的量。n电用表示通电时阳极上Cu溶解（转变为Cu2+）的量也等于铜电量计阴极上析出铜的量的2倍，可以看出希托夫法测定离子的迁移数至少包括两个假定：（1）电的输送者只是电解质的离子，溶剂水不导电，这一点与实际情况接近。（2）不考虑离子水化现象。实际上正、负离子所带水量不一定相同，因此电极区电解质浓度的改变，部分是由于水迁移所引起的，这种不考虑离子水化现象所测得的迁移数称为希托夫迁移数。图2-15-2 希托夫法测定离子迁移数装置图【仪器试剂】 迁移管1套； 铜电极2只； 离子迁移数测定仪1台； 铜电量计1台； 分析天平1台；台秤1台；移液管(20mL)3只； H2SO4(2mol.L-1)； 硫酸铜溶液（0.05mol。L-1）；HCl(4mol.L-1)【实验步骤】1.水洗干净迁移管，然后用0.05mol/L的CuSO4溶液洗净迁移管，并安装到迁移管固定架上。电极表面有氧化层用细砂纸打磨。2.将铜电量计中阴极铜片取下，先用细砂纸磨光，除去表面氧化层，用蒸馏水洗净，用乙醇淋洗并吹干，在分析天平上称重，装入电量计中。3.连接好迁移管，离子迁移数测定仪和铜电量计（注意铜电量计中的阴、阳极切勿接错）。4.接通电源，按下“稳流”键，调节电流强度为20mA，连续通电90min。7.停止通电后，迅速取阴、阳极区溶液以及中间区溶液称重，滴定（从迁移管中取溶液时电极需要稍稍打开，尽量不要搅动溶液，阴极区和阳极区的溶液需要同时放出，防止中间区溶液的浓度改变）。【注意事项】1.实验中的铜电极必须是纯度为99。999%的电解铜。 2.实验过程中凡是能引起溶液扩散，搅动等因素必须避免。电极阴、阳极的位置能对调，迁移数管及电极不能有气泡，两极上的电流密度不能太大。 3.本实验中各部分的划分应正确，不能将阳极区与阴极区的溶液错划入中部，这样会引起实验误差。 4.本实验由铜库仑计的增重计算电量，因此称量及前处理都很重要，需仔细进行。【数据处理】温度：开始： 24.3 大气压：101.9kpa 终了; 24.2 平均：24.25 Ccuso4=0.0521 mol/l Mcu=63.5g/mol Mcuso4=159.5g电量计阴极铜片通电前W1=0.3436g通电后W2=10.3468g通电后阳极区全部溶液质量W2后39.7628g25.00ml溶液质量W(25后)25.1105g通电后阳极区Ccuso4后0.0594mol/L原溶液25.00ml溶液质量W(25原)25.0842g与阳极区同质量溶剂的原溶液质量W2原39.7142g原溶液Ccuso4(原)0.0521mol/L由电量计中铜电极质量增加，计算n电n电=2（W2-W1)/Mcu=2(10.3468-0.3436)/63.5=1.0079l*10(-3)mol有阳极区的溶液得n后V2=25.00(后)*W2后/W(25后）=25.00*39.7628/25.1105=35.5878mln后=Ccuso4(后）V2/1000=【0.0594*39.5878/1000=2.3515*10(-3)mol由原硫酸铜溶液得n原V1=25.00(原)*W2原/W(25原）=25.00*39.7142/25.0842=39.5809ml n原=Ccuso4(原）*V1/1000=0.0521*39.5809/1000=2.0622*10(-3)mol 所以 n迁=n电+n原n后=1.0079l*10(-3)+2.0622*10(-3)-2.3515*10(-3)=0.71861*10(-3)molt(cu2+）=n迁/n电= 0.71861*10(-3)/ 1.0079l*10(-3)=0.71 t(so42-) =1-t(cu2+)= 1- 0.71=0.29 铜片的增量/铜的原子量n电5.计算阴极区离子的迁移数，与阳极区的计算结果进行比较，分析。阳极部得到：；阴极部得到：；思 考 题1