离子迁移数的测定

1、实验目的实验目的1实验原理实验原理2实验步骤实验步骤3数据处理数据处理4结果讨论结果讨论4 1掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁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。移数的某本原理和操作方法。 2测定测定CuSO4溶液中溶液中Cu2+和和SO42-的迁的迁移数。移数。 把离子B所运载的电流与总电流之比称为离子B的迁移数（transference number）用符号 表示。Bt是量纲为1的量，数值上总小于1。Bt 由于正、负离子移动的速率不同，所带的电荷不等，因此它们在迁移电量时所分担的分数也不同。BBdef ItI其定义式为：IQrUtIQrrUU迁移数在数值上可表示为

2、：1tt负离子应有类似的表示式。如果溶液中只有一种电解质，则：+1ittt如果溶液中有多种电解质，共有 i 种离子，则： 当电流通过电解质溶液时，溶液中的正负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，称为该离子在此通过溶液的总电量之比，称为该离子在此溶液中的迁移数。溶液中的迁移数。 影响影响离子迁移数的因素：离子迁移数的因素：浓度浓度、温度、溶剂的、温度、溶剂的性质

3、性质（1）增加某种离子的浓度则该离子传递电量的）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；百分数增加，离子迁移数也相应增加；（2）温度改变，离子迁移数也会发生变化，但）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；温度升高正负离子的迁移数差别较小；（3）同一种离子在不同电解质中迁移数不同。）同一种离子在不同电解质中迁移数不同。 离子迁移数的测定方法：离子迁移数的测定方法： 离子迁移数可以直接测定离子迁移数可以直接测定，方法有希托夫法、，方法有希托夫法、界面移动法和电动势法等。界面移动法和电动势法等。 用希托夫法测定用希托夫法测定CuSO4溶液

4、中溶液中Cu2+和和SO42-的迁移数时，在溶液中间区浓度不变的迁移数时，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，比较等重量溶区（或阴极区）溶液的浓度，比较等重量溶剂中所含剂中所含Cu2+和和SO42- 的量，可计算出通的量，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的电后迁移出阳极区（或阴极区）的 Cu2+和和SO42- 的量。的量。 通过溶液的总电量通过溶液的总电量Q由串联在电路中的电量由串联在电路中的电量计测定。可算出计测定。可算出t+和和t-。 在迁移管中，两电极均为在迁移管中，两电极均为Cu电极。其中放电极

5、。其中放CuSO4溶溶液。通电时，溶液中的液。通电时，溶液中的Cu2+在阴极上发生还原，而在阴极上发生还原，而在阳极上金属铜溶解生成在阳极上金属铜溶解生成Cu2+。因此，通电时一方。因此，通电时一方面阳极区有面阳极区有Cu2+迁移出，另一方面电极上迁移出，另一方面电极上Cu溶解生溶解生成成Cu2+，因而，因而对阳极区的对阳极区的Cu 2+有有 nnnn迁后原电2uCntn迁电2241uSOCtt nnnn迁后原电2uCntn迁电2241uSOCtt 式中式中： n迁迁表示迁移出阳极区的电荷的量；表示迁移出阳极区的电荷的量； n原原表示通电前阳极区所含电荷的量表示通电前阳极区所含电荷的量； n后

6、后表示通电后阳极区所含表示通电后阳极区所含Cu2+的量。的量。 n电电表示通电时阳极上表示通电时阳极上Cu溶解（转变为溶解（转变为Cu2+）的量）的量（1）电的输送者只是电解质的离子，溶剂水不）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。导电，这一点与实际情况接近。（2）不考虑）不考虑离子水化离子水化现象。现象。 实际上正、负离子所带水量不一定相同，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。所测得的

7、迁移数称为希托夫迁移数。 迁移管迁移管1套；套； 铜电极铜电极2只只（置于希托夫迁移管内）置于希托夫迁移管内）； 离子迁移数测定仪离子迁移数测定仪1台；台； 铜电量计铜电量计1台；台； 分析天平分析天平1台；台； 台秤台秤1台；台； 碱式滴定管碱式滴定管(250mL)1只；只； 碘量瓶碘量瓶(100mL) 8只；只； 移液管移液管(10 mL) 3只；只； KI溶液溶液(10%)； 淀粉指示剂淀粉指示剂 (0.5%)； 硫代硫酸钠溶液硫代硫酸钠溶液 (0.1mol.L-1) K2Cr2O7溶液溶液(0.015mol.L-1) HCl溶液（溶液（ 6mol.L-1） 硫酸铜溶液（硫酸铜溶液（0.

8、05mol。L-1）；）； HNO3 (1mol.L-1)，清洗铜电极，去除铜，清洗铜电极，去除铜电极表面氧化层电极表面氧化层 无水乙醇（清洗铜电极用）无水乙醇（清洗铜电极用） Na2S2O3标准液的标定：标准液的标定：准确移取准确移取20mL标标准准K2Cr2O7溶液于溶液于250mL的碘量瓶中，加的碘量瓶中，加入入4mL 6mol/L的的HCl溶液，溶液，8mL 10%的的KI溶液，摇匀后放在暗处溶液，摇匀后放在暗处5min，待反应，待反应完全后，加入完全后，加入80mL蒸馏水，立即用待滴定蒸馏水，立即用待滴定的的Na2S2O3溶液滴定至近终点，即溶液呈淡溶液滴定至近终点，即溶液呈淡黄色，

9、加入黄色，加入0.5%的淀粉指示剂的淀粉指示剂1mL（大约（大约10滴），继续用滴），继续用Na2S2O3溶液滴定至溶液呈溶液滴定至溶液呈现亮绿色为终点。现亮绿色为终点。 2272272232236c K Cr OV K Cr Oc Na S OV Na S O1配制0.05mol/L硫酸铜溶液250mL（实验教师准备）。2洗净所有容器。用配好的0.05mol/L的硫酸铜溶液洗涤希托夫迁移管（3次），然后在迁移管中装入该溶液（不能有气泡），注意控制好液面在合适位置（液面不要太高，但是需保证阴极区、中间区和阳极区溶液连通）。3将放在1mol/L的硝酸溶液中洗涤一下（快速），以除去表面的氧化层，然

10、后用蒸馏水冲洗。4将迁移管中的两个铜电极放入（迁移管）装置中。5将库仑计中处理过的铜阴极用无水乙醇淋洗一将库仑计中处理过的铜阴极用无水乙醇淋洗一下，放入下，放入40C烘箱内烘干，在天平上准确称重烘箱内烘干，在天平上准确称重得得m1。6将作为阳极的两个铜电极和准确称重后的铜阴将作为阳极的两个铜电极和准确称重后的铜阴极一同放入盛有镀铜液的库仑计中极一同放入盛有镀铜液的库仑计中（镀铜液组成：（镀铜液组成：100 ml水中含水中含15gCuSO4.5H2O，5ml浓浓H2SO4，5ml无水无水乙醇）。乙醇）。 7连接测量线路（连接测量线路（注意：通电前及关电前电流粗注意：通电前及关电前电流粗调、电流细

11、调旋钮必须调至最小处调、电流细调旋钮必须调至最小处）。接通电源，）。接通电源，通过调节使电流稳定在通过调节使电流稳定在10mA左右。左右。8通电通电90分钟，分钟，将粗细调旋钮调到最小后关闭电将粗细调旋钮调到最小后关闭电源源。取出库仑计中的铜阴极，用无水乙醇淋洗，。取出库仑计中的铜阴极，用无水乙醇淋洗，再放入再放入40C烘箱内烘干，在天平上准确称重得烘箱内烘干，在天平上准确称重得m2。（通过。（通过m1, m2计算通过的电量）计算通过的电量）9分别将迁移管的阴、阳极区及中间区的CuSO4溶液全部取出，放入已知质量的锥形瓶称重，然后分别加入10%KI溶液10ml、1mol/L醋酸溶液10ml，用

12、标准硫代硫酸钠溶液滴定，溶液至淡黄色，加入1ml淀粉指示剂，再滴至紫色消失。（注意：注意：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）。10在通电期间，对通电前的硫酸铜溶液滴定分析。分析方法同9。 （1）从从通电前溶液通电前溶液分析结果得到每克水中所含的分析结果得到每克水中所含的硫酸铜克数硫酸铜克数， 其中其中水的克数溶液克数硫酸铜的克数水的克数溶液克数硫酸铜的克数（2）通过通电后阳极区溶液的滴定分析结果，得）通过通电后阳极区溶液的滴定分析结果，得到到通电后阳极区溶液中所含的硫酸铜的克数通电后阳极区溶液中所含的硫酸铜的克数，

13、并得到并得到阳极区所含的水量阳极区所含的水量，从而求出通电前阳，从而求出通电前阳极区溶液中所含的硫酸铜克数，最后得到极区溶液中所含的硫酸铜克数，最后得到n后后和和n前前。3.由电量计中阴极铜片的增量，由电量计中阴极铜片的增量，根据根据法拉第定律法拉第定律算算出通入的总电量出通入的总电量，并计算出阳极区溶解的，并计算出阳极区溶解的Cu的物的物质的量，即质的量，即n Cu2+,电电4. 代入公式得到离子的迁移数代入公式得到离子的迁移数5. 计算阴极区离子的迁移数，与阳极区的计算结果计算阴极区离子的迁移数，与阳极区的计算结果进行比较，分析进行比较，分析。6. 中间区的分析测定结果（观察返混情况）中间

14、区的分析测定结果（观察返混情况）nnnn迁后原电2uCntn迁电2241uSOCtt 1.实验中的铜电极必须是纯度为实验中的铜电极必须是纯度为99.999%的电解铜。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，迁移管及电极避免。电极阴、阳极的位置能对调，迁移管及电极不能有气泡，两极上的电流密度不能太大。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，本实验中各部分的划分应正确，不能将阳极区与阴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，因此称量及前本实验由铜库仑计的增重计算电量，因此称量及前处理