离子迁移数的测定物化实验报告

1、离子迁移数的测定一界面法2实验操作2.1仪器药品.仪器型号及测试装置示意图迁移管，DC-0510节能型智能恒温槽（宁波新芝生物科技股份有限公司），Cd电极，Ag电极，UT56优利徳万用表，DHD300V/50mA直流稳压稳流电源（北京大华无线电仪器厂），秒表，砂纸HC1溶液(0.1005moll),图1界面法测离子迁移数装置2.2实验条件室温：20.0C湿度：34%大气压：1016.6hPa2.3实验操作步骤及方法要点（1）按图安装电路仪器。配制及标定浓度约为O.lmol/L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25Co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

2、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（安装前检査镉电极，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，检査无误后，再开始实验。（2）打开稳压稳流电源，选择开关拨到稳压，调节电流在67mA之间。随着电解进行，阳极镉会不断溶解变为Cd2+,由于H+离子的迁移，出现洁晰界面。当界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.lniL）关闭电源开关，过数分钟后，观察界面有何变

3、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。（3）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（1=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、0.5rnL）的时间即可。试比较两种方法。3结果与讨论3.1原始实验数据所测量的HC1溶液浓度0.1005moVL（1）恒电压测就U=138V表1不同时刻的电流值t/mui012345678910I/niA6.6256.3246.0475.8035.5605.3395.1454.9714.8144.6724.543t/mui11121314

4、15161718192021I/niA4.4224.3134.2144.1184.0323.9453.8693.7903.7233.6553.593表2界面过整数刻度的时间及电流V/mL00.100.200.300.400.50t02,54”8816,22”006102458214,41”0391925475IzmA6.5615.8015.0794.4934.0603.686注：时间格式为min，sms0.999根据表2里的时间数据，根据下式积分，求出通过的总电荷量Q结果见表4。Q=tIdt表4恒电压时界面过整刻度时的数据刻度/mLt/sLniAQ/C0174.8816.62500.10382

5、.0065.8011.090.20624.5825.0792.210.30881.0394.4933.340.401165.4754.0604.460.50174.8813.6865.56由q+=VcFft+=y,则有t+:q+vcfv=cF一QQQ或者可以写成dVt+=CFdQ其中如为H携带的电量，Q为通过溶液的总电量，V为界面扫过的体积，g为H+的迁移数,c为HC1溶液浓度，F为Faraday常数。根据表4数据，作出VQ曲线，并进行线性拟合，如下图所示。Q/C图3恒电压操作的VQ曲线从而可以得到斜率乔=0.0893niL/CdQ相应的R20.999所以dVqt+=cF=0.1005x964

6、85x0.0863xIO3=0.866（2）恒电流测量1=3.012mA,保持不变，则Q=I-t根据上式求出Q,结果见表5。表5恒电流时界面过整刻度时的数据V/niLt/sQ/C0000.10371.7231.1200.20754.4252.2720.301126.3413.3930.401499.1194.5150.501868.8055.629作出VQ曲线，并进行线性拟合，如图4所示。Q/C图4恒电流操作的VQ曲线从而可以得到斜率咯=0.0887niL/C相应的R20.999所以dVCFdQ=0.1005x96485x0.0887xlO3=0.8603.3讨论分析CD测定数据及计算结果的分

7、析.比较与理论值对比文献给岀25时,0.1moVLHCl溶液中,才迁移数为0.831。本实验测量的HC1溶液浓度为0.1005mol/L,与文献条件大致相同，可以用作对比。下表汇报了两种测量方法的结果和相对误差（近似认为t+=0.831为理论值）。表6测量结果及相对误差测量方法t+相对误差恒电压0.866+4.2%恒电流0.860+3.5%可以发现两种方法都有一定误差，而且比较大。不过考虑到此浓度下的理论值会比上述0.831要大，实际误差可能没这么大。误差分析本实验最大误差来自时间的测量。a）虽然加入甲基橙可以指示出一个淸晰的界面，但由于界面上方红色不深（是淡淡的粉色），而且迁移管很细、刻度线

8、与玻璃的对比度不是很高，这就给判断界面所移动到的位置带来了困难。比如，我认为界面已经到达整数刻度并且按下秒表后，过了几秒，界面似乎还停留在那个整数刻度处。解决方案可以是在界面快要到达整数刻度的时候一直盯着界面，不过由于界面迁移得很慢，这样会比较累。如果时间测量不准，算出的电量也就不准了。b）由于只有1个秒表，该秒表在计次后示数会停止几秒以便记录（但仍在计时）。如果界面到达整数刻度的时间与应该记录电流的时间恰好离得很近，暂停的示数就会造成干扰,也容易在回看数据时发生混乱。所以本实验用秒表记录的是界面到达刻度线的时间，而记录It数据时，没有准确记录时间（只是目测时间，也可以从表1中看时间的有效位数

9、）。实验室就应该配2个秒表，否则容易手忙脚乱的。另外，盐酸浓度没有经过准确标定，而且添加了几滴的指示剂，可能会对实际浓度造成微小的影响。恒电流的测量相对误差比较小，这应该就是因为时间记录相对准确，而且事实上电流变化非常小（最大变化幅度也就0.001niA）o（2）对实验现象进行分析解释伽电极上不断有气泡产生.解释：电解时，阴极上发生还原反应2H+2eTH,气体为氢气。这也说明了为什么要把银电极放在上面，否则生成的气体就会进入迁移管，引起断路。通电后一段时间，迁移骨中出现界面，界面上方为红色、下方为无色，且界面不断向上移动.解释：阳极发生氧化反应Cd-2e-TCd,阳极附近的溶液为CdCb,本应

10、使指示剂甲基橙显浅橙色，但由于指示剂浓度很低，所以看上去是无色透明的。而HC1溶液呈较强酸性，使甲基橙显红色，从而形成清晰界面。随着IT向阴极（迁移管上端）迁移，界面也不断上移。恒定电压测量时，电流不断变小.解释：电解总反应式2H*+CdT0T+Cd体系内的离子越来越少，导电能力下降，电阻变大，所以电流不断变小。关闭电源后，界面慢慢变模糊；重新打开电源后一段时间，界面又变清晰。解释：关闭电源后，迁移管内没有电场，于是离子自由扩散：界面上方C（P浓度低，所以Cd2+向上扩散；界面下方H*浓度低，所以H+向下扩散。这样界面就变模糊了。可以想象,如果放置一段时间，迁移管内溶液就比较均匀了，自然不会有

11、界面。而当电源重新开启后，由于Ucd2.UH+(u为电迁移率)且界面下方电势梯度上方电势梯度，两种离子在电场作用下又各自回到自己一方溶液中，洁晰界面再次形成。(3对仪器装置、操作步骤、实验方法的改进意见下面是一些操作技巧。从开始通电到出现界面需要较长时间。所以可以适当调高电流，待界面移动到0刻度下方0.1niL距离处，再将电流控制在3niA附近的某个值。向迁移管中加溶液时，要善于利用连通器原理进行操作：将盐酸溶液滴瓶套管接在迁移管下端，把滴瓶举高，打开滴瓶活塞、橡皮管铁夹，溶液自然能充满迁移管。如果直接把套着橡胶套的Cd电极插入迁移管下端，必然会带入气泡。所以先用滴管给橡胶套加满溶液(橡胶套另

12、一端已经插着Cd电极)，然后再插入迁移管下端。4结论本实验以C少为指示离子，用界面法测量了25下0.1005mol/LHC1溶液中的H*迁移数恒电压法测得t+=0.866,恒电流法测得t+=O.86O05参考文献1贺徳华等-基础物理化学实验-6附录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H*离子移动速度？由尸=嗜、咲广1仃可推得界面下方电势梯度上方电势梯度。因此H+因扩散作用落入CdCb溶液层。它就不仅比Cd”迁移得快，而且比界面上的H-也要快，能赶回到HC1层。同样若任何Cd”进入低电位梯度的HC1溶液，它就要减速，一直到它们重又落后于IT为止，这样界面在通电过程中保持淸晰。实验过程中电流值为什么会逐渐