实验14离子迁移数

1、实验14离子迁移数的测定-界面法姓名：贾曌 学号：2008011920班级：化82班(同组者：张辇) 实验日期：2010年11月24日提交报告日期：2010年11月30日 实验指导老师：文芳1引言1.1实验目的1.1.1采用界面法测定 H*离子的迁移数1.1.2掌握测定离子迁移数的基本原理和方法。1.2实验原理q+和q一，通过当电流通过电解电池的电介质溶液时，两种离子传递的电量分别为的总电量为Q 二q q_每种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数。q_(1)(2)温度改变，迁移数也会发生变化，一般温度升高时,t_和t.的差别减小。利用界面移动法测迁移数的实验可分为两类：一类是使用两种指示

2、离子，造成两个界面;另一类是只用一种指示离子，有一个界面。本实验是用后一种方法，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。141ACJ山吗3-141直邙悴中的偲位蝴度图1迁移管中电位梯度图图2界面法测离子迁移数装置图界面的位置可通过界面上下溶液性质的差异而测定。利用pH值的不同指示剂显示颜色不同，测出界面。H 往上迁移的平均速率，等于界面向上移动的速率。q 二VNF(3)N为H 的浓度，F为法拉第常数，欲使界面保持清晰，CdCl2溶液能满足这个要求，因为Ccf+淌度（U较小，即(4)U Cd2： U H在Cd阳极上Cd氧化，进入溶液生成 CdCl2,逐渐顶替HCI溶液，在管中形

3、成界面。离子的移动速度（v）是相等的，vCd2.=vH .。由此可得：dL dL即在CdCI 2溶液中电位梯度是较大的，H+因扩散作用落入 CdCI2溶液层。它就不仅比能赶回到HCI层。同样若任何Cd2+进入低电位梯度的 HCI溶液，重又落后于 H+,这样 界面在通电过程中保持清晰。2实验操作2 . 1实验药品、仪器型号及测试装置示意图迁移管，超级恒温水浴，Cd电极，Ag电极，毫安表，稳压稳流电源，HCI溶液（O.lmol dm3），甲基橙，秒表。仪器型号：DYY-2C型电泳仪实验装置图如下：图3安装示意图2.2实验条件室温气压为记录，该实验室没有气压计和温度计盐酸浓度：C=0.09448mo

4、l/L2.3实验操作步骤及方法要点2.3.1按图2-14-2安装仪器。配制及标定浓度约为 0.1mol dm3的盐酸。加入少许甲基橙， 使溶液呈 红色。将超级恒温水浴温度调至25 C。用少许盐酸溶液润洗迁移管两次，而后在整个管中加满盐酸溶液。注意：切勿使管壁粘附气泡。将镉电极套管加满 盐酸溶液（安装前检查镉电极，如果电极表面被氧化，用砂纸将电极氧化层 打磨干净），安装在迁移管的下部。迁移管垂直固定避免振荡，照图连接好 线路，检查无误后，再开始实验。232打开稳压稳流电源。选择开关搬至稳压，调节电流在67mA之间。随着电解进行，阳极镉会不断溶解变为 CcT,由于 J离子的迁移，出现清晰界面。当界

5、面移动到 第一个刻度时，立即打开秒表。此后，每隔一分钟记录时间及对应的电流值。 每当界面移动至第二、第三等整数刻度的时候，记下相应的时间及对应的电 流值，直到界面移动至第五个刻度（每刻度的间隔为0.1ml ）。关闭电源开关，过数分钟后，观察界面有何变化。再打开电源，过数 分钟后，再观察之。试解释产生变化的原因。2.3.3实验完成，在迁移管中加满蒸馏水。2.3.4若毫安表未校正，可用电势法校正。用电势法校正毫安表的方法如图2-14-3所示。电位计“未知”两接线柱接标准电阻，测其两端的电位降。由下式计算真实电流：_V_标准电阻两端电位降 一 R 一 标准电阻值与毫安表指示电流比较。2-14-3枝正

6、基安计境踣图4校正毫安计线路图2.3.5以上实验是电压恒定，通过测量电流随时间的变化来得到迁移数的。试用恒电流的方法重复上述实验。用电流恒定（I = 3mA的方法,我们只需要记录电流值及界面迁移到整数刻度时（即 0.1ml、 0.2ml.0.5ml）的时间即可。试比较两种方法。2.3.6时间允许可选做以下内容：改变恒温水浴温度分别为35C、40C、50C分别测定它们的迁移数。3结果与讨论3.1原始实验数据3.1.1 恒压法表1恒压法数据记录表（每隔一分钟）时间/min 电流/mA 时间/min 电流/mA06.789114.16516.356124.05325.977133.95035.656

7、143.85145.381153.75955.145163.67764.928173.59674.745183.52484.578193.45494.428203.389104.29221表2恒压法数据记录表（整数刻度）时间/s01763876409191235电流/mA6.7895.6834.8384.2013.7303.351刻度值/mL00.10.20.30.40.53.1.2恒流法表3恒流法数据记录表时间/s0309750112515051890电流/mA2.9923.0712.9932.9622.9642.942刻度值/mL00.10.20.30.40.53.2计算的数据、结果计算公

8、式：Q=q+=VcF+ q tQt -=1-t +3.2.1恒压法3.2.1.1 用拟合法处理电流时间图0.0080.0070.006A流 0.005 电0.0040.0030.002时间/s图6恒压法电流时间图拟合成四次多项式，可得：-15 4-12 3-9 2-61=2 X 10 t -6 X 10 t + 9 X 10 t -8 x 10 t+0.00682R=1 积分，可得:Q=-15 4-12 3-9 2-62X 10 t -6 X 10 t + 9 X 10 t -8 x 10 t+0.0068）dt带入数据求个整数刻度值处的电荷量值，所得结果如下表：表4拟合法电荷量值刻度/mL0

9、0.10.20.30.40.5时间/S01763876409191235积分值Q/C01.08792.17623.29134.39175.60783.2.1.2用数值积分法处理用MATLAB编程数值积分（梯形公式）计算整数刻度处电荷量,所得结果如下表：表5数值积分法电荷量值刻度 /mL 00.10.20.30.40.5时间/S01763876409191235积分值Q/C01.09082.19443.33394.43765.5538322恒流法表6恒流法电荷量值时间 /s0309750112515051890电流/mA2.9923.0712.9932.9622.9642.942刻度值/mL00

10、.10.20.30.40.5Q/C00.94892.24483.33234.46085.56043.2.3离子迁移数的计算计算结果如下表:表6计算结果对比表刻度区间/mL体 积V/L时 间t/st+ （恒压法拟合积分）t+ （恒压法拟合积分）t+ （恒流法）14-43 X 104640.8280.8170.77925-43 X 108480.7970.8140.825154 X 10-410590.8060.8170.7913.2.3求迁移数平均值恒压拟合积分法t +均=0.810恒压数值积分法t+均=0.816恒流法t+均=0.7983.2.4实验现象解释实验现象：1. 恒压法测定完读数后，

11、关闭电源，界面慢慢变得不清晰，约5分钟后, 已无法判断明显的相界面位置。2. 再打开电源，很快，也就10秒左右时间，相界面又再次恢复清晰，并慢慢向上移动。实验现象解释：现象1:离子电迁移必须在电场力的作用下才能进行，进行一段时间后，界面清晰，此时界面上方氢离子的浓度远大于界面下方的浓度，而界面下方铬离子的浓度远大于界面上方，撤销电场力，离子会因为扩散从高浓度进入低浓度，所以界面上下离子浓度差别减小，pH差别也减小，且形成过渡区，所以界面不再明显。现象2:重新加入电场力后，离子又可以进行电迁移， 因为Cd+淌度（U） 较小，即U Cd2： U H而离子的移动速度（V）是相等的，vCd2. =vH

12、 .。由此可得:CddEdLdEdLdE dEdL dL即在CdCD溶液中电位梯度是较大的。此时 H+因扩散作用落入 CdCS 溶液层。它不仅比 Cd2+迁移得快，而且比界面上的 H+也要快，能赶回到 HCI 层。Cd2+进入低电位梯度的 HCI溶液，它要减速，一直到它们重又落后于H +为止，这样界面在通电过程中又恢复清晰。3.3分析讨论3.3.1与文献值作比较查阅物理化学得到，298.15K条件下，浓度为0.10mol/dm -3的HC溶液的正离子迁移数为0.8314，本实验所用溶液浓度为0.09448 mol/dm -3，较接近0.10mol/dm -。结果比较如下：表7结果对比表方法恒压

13、拟合积分法恒压数值积分法恒流法t +均0.8100.8160.798与理论值偏差2.6%1.9%4.0%误差分析：1. 恒流法的第一组数据因为电流表当时接触不好，所以误差较大，因为14,15要求用第一组的数据，所以恒流法的这两组数据偏差较大，所以恒流法误差较大。2 因为随着通电进行温度会有升高，所以会影响测量的准确性。3 读数误差4. 实验温度、浓度、压强与标准值有不同，影响迁移数值。5. 各种积分的方法精度有限4结论1. 298.15K条件下，浓度为0.10mol/dm -3的HC溶液的正离子迁移数为 0.83145参考文献1 北京大学化学学院物理化学实验教学组，物理化学实验，北京：北京大学

14、出版社，20022. 清华大学化学系物理化学实验室编写组，物理化学实验，北京：清华大学出版社，19911992:43-473复旦大学等，物理化学实验。2版。北京：高等教育出版社,6思考题1. 为什么在迁移过程中会得到一个稳定界面？为什么界面移动速度就是离子移动速度？答：电解时，阴极上发生还原反应2H ： 2e_ H2，故有气泡产生；阳极发生氧化反应Cd _2e- Cd2。阴极附近的溶液为CdC2,呈中性，在甲基橙中显橙色。而HCI 溶液呈酸性，使甲基橙显红色，从而形成清晰界面。随着H+不断减少、Ccb+不断增多，界面也不断上移。2. 实验过程中电流值为什么会逐渐减小？答：在恒压时，因为随着电解进行，氢离子减少，铬离子增多，而UCd2. : U H .所以总的迁移速率下降，所以相同时间内，通过的