离子迁移数的测定——界面法

离子迁移数的测定——界面法

1 引言[1]

1.1 实验目的

1、用界面移动法测定H +

离子迁移数。

2、掌握测定离子迁移数的基本原理和方法。

1.2 实验原理

当电流通过电解电池的电介质溶液时，两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别向阴极与阳极迁移。假若两种离子传递的电量分别为q +和q -，通过的总电量为

Q q q +-=+

每种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数。阴、阳离子的迁移数分别为 q t Q --=

， q

t Q

++= （1） 且 1t t +-+= （2） 在包含数种阴、阳离子的混合电解质溶液中，t -和t +各为所有阴、阳离子迁移数的总和。一般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。

但对于仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的引力场改变，离子迁移数也会改变，但变化的大小与正负因不同物质而异。

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。

测定离子迁移数，对于了解离子的性质有很重要的意义。迁移数的测定方法有界面法、希托夫法和电势法等，本实验详细介绍界面法。

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。

在一截面均匀的垂直放置的迁移管中，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，t Q +当量的H +

通过界面向上走，t Q -当量的Cl -

通过界面往下行。假定在管的下部某处存在一个界面（aa '），在该界面以下没有H +

，而被其它的正离子

（例如Cd 2+）取代，则此界面将随着H +

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，利用pH 值的不同指示剂显示颜色不同，测出界面。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 ，H +

输送电荷的数量为在该

体积中H +

带电的总数，即

q VCF += （3）

式中，C 为H +

的浓度，F 为法拉第常数，电量常以库伦（C ）表示。

欲使界面保持清晰，必须使界面上、下电介质不相混合，可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到。CdCl 2溶液能满足这个要求，因为Cd 2+

淌度（U ）较小，即

2Cd H U U ++< （4）

在图2-14-2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CdCl 2，逐渐顶替HCl 溶液，在管中形成界面。由于溶液要保持电中性，且任

一截面都不会中断传递电流，且H +迁移走后的区域，Cd 2+

紧紧地跟上，离子的移动速度(v )是相等的，2Cd H v v ++=。由此可得：

2Cd H U dE dE

U dL dL ++

'= （5） 结合（4）式，得 dE dE

dL dL

'>

（6） 即在CdCl 2溶液中电位梯度是较大的，如图2-14-1所示。因此若H +

因扩散作用落入

CdCl 2溶液层。它就不仅比Cd 2+迁移得快，而且比界面上的H +

也要快，能赶回到HCl 层。同

样若任何Cd 2+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H +

为止，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

实验仪器：迁移管，节能型智能恒温槽（DC-0510 宁波新芝生物科技股份有限公司），Cd 电极，Ag 电极，毫安表（UNI-T UT56），直流稳压稳流电源（DHD300V/50mA,北京大华无线仪器厂），秒表（SW2013 SEWAN SMTWTFS ）。

实验药品：HCl 溶液（0.1mol ·dm －3

），甲基橙

2.2 实验条件

温度：16C ︒

湿度：57%

压力：101.965kPa

2.3 实验操作步骤及方法要点[2]

1.按图2-14-2安装仪器。

配制及标定浓度约为0.1mol·dm－3的盐酸。加入少许甲基橙，使溶液呈红色。（实验时已配好）

将超级恒温水浴温度调至25℃。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。银电极也需打磨，但是要用细砂纸），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。

2.打开稳压稳流电源，选择开关搬至稳压，调节电流在6～7mA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，出现清晰界面。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0.1mL）。

关闭电源开关，过数分钟后，观察界面变化。再打开电源，过数分钟后，再观察之。

3.实验完成，用蒸馏水润洗迁移管。

4.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。再用恒电流的方法重复上述实验。用电流恒定（I＝3mA）的方法，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。

3 结果与讨论

3.1 原始实验数据

A）恒压条件下数据记录如下

电压值为115V

表1：恒压条件下实验数据记录

t/s I/mA V/mL t/s I/mA V/mL

0 4.741 0.000 928 3.237 0.300

60 4.638 960 3.211

120 4.511 1020 3.147

180 4.369 1080 3.103

240 4.233 1140 3.054

267 4.164 0.100 1200 3.006

300 4.100 1260 2.963

360 3.988 1318 2.918 0.400

420 3.889 1320 2.917

480 3.791 1380 2.872

540 3.700 1440 2.838

574 3.654 0.200 1500 2.801

600 3.616 1560 2.765

660 3.536 1620 2.732

720 3.461 1680 2.697

780 3.393 1740 2.667

840 3.329 1755 2.659 0.500 900 3.265

并可得如下曲线：

图1：恒压法I t 曲线

B）恒流条件下数据如下：

表2：恒流条件下实验数据记录

V/mL t/s I/mA

0 0 3.003

0.100 385 3.003

0.200 784 3.004

0.300 1175 3.004

0.400 1571 3.003 0.500

1969

3.003

3.2计算的数据、结果

A ）恒电压法

对I t -曲线用origin 积分求得相应时间段通过的电量Q ，由刻度间的体积，通过公式

q VCF +=求出H +离子传递的电量q +，再由q t Q

+

+=

求出离子迁移数t +。结果如下表：

表3恒压法实验结果

V /mL t /s Q /mC

q +/mC t +

0.100-0.400 267-1318 3608.099 2894.560 0.802240 0.200-0.500 574-1755 3628.245 2894.560 0.797785 0.100-0.500 267-1755 4823.699 3859.414 0.800094

对表中t +取平均值得： 平均迁移数t +=0.800040

B ）恒电流法

取电流的平均值，计算总电量，再由体积计算H +

离子传递的电量，求出离子迁移数t + 。结果如下表：

表4恒流法实验结果

V /mL t /s Q /mC

q +/mC t +

0.100-0.400 385-1571 3562.347 2894.560 0.812543 0.200-0.500 784-1969 3559.144 2894.560 0.813274 0.100-0.500 385-1969 4757.541 3859.414

0.811220

对表中t+取平均值得：

平均迁移数t+= 0.812346

3.3讨论分析

1、结果分析

文献值：298.15K时0.1mol/L的HCl溶液的t+为：0.831相比之下，实验值较文献值略小，恒压下误差为3.7%，恒流下为2.2%。

误差原因可能有以下几点：

①操作中计时、观测上的误差。用秒表计时读数时可能会有一定的时间滞后，同时观界面移动时也会有误差。

② HCl浓度不准确。

③温度变化影响粒子运动速率，从而影响离子迁移数。

④电表测量值等其他仪器的误差。

2、实验现象分析

①实验中断开电源后一段时间，界面缓慢变模糊，之后再接通电源，界面又重新变清晰。

原因如下：断开电源之后，由于扩散作用，溶液逐渐趋于均匀状态，界面变模糊，可以认为足够长时间后整个管中的液体将混合均匀呈浅红色。之后再接通电源时，离子发生定向移动，所以界面又重新变清晰。

②恒压条件下电流在逐渐减小，原因是随着电解的进行，很多H+生成H2，浓度减小，Cd+浓度增加，使得溶液的电阻增大，由于电压不变，故电流减小。

③随着实验的进行，迁移管中的液体的红色逐渐变淡，并且阳极区逐渐变为透明。原因如下：随着电解的进行，H+不断被消耗，从而酸性减弱，pH值升高，所以迁移管中液体的红色变淡，阳极区H+被还原为H2，并且由于迁移管细长的形态以及垂直放置时重力的作用，氢离子补充的速率小于还原反应的速率，浓度降低，pH上升，颜色变淡。

3、实验步骤分析

①观察迁移管内界面时，可将一张白纸夹在迁移管与铁架台的铁夹之间，方便观测。

②加盐酸时应将盐酸举高于液面后再打开止水夹，注满后先关闭止水夹再放下盐酸。并且在过程中应注意要打开瓶塞。

③迁移管上部的管可防止溶液浓度变化对迁移管内液体造成影响，但要注意插入电极时不可过紧，否则生成的氢气无法排出。

4 结论

实验测得25℃下，0.1mol/L的HCl溶液的离子迁移数为：

恒压法：0.800040 恒流法：0.812346

5 参考文献

【1】贺德华,麻英,张连庆.基础物理化学实验[M].北京.高等教育出版社, 2008.76-78

6 附录

1、为什么会出现界面？为什么界面移动的速率就是氢离子迁移的速率？

答：反应时氢离子上移，氯离子下移，Cd 2+

从电极进入溶液，使电中性得以保持。实验装置中，通电时，生成CdCl 2，逐渐顶替HCl 溶液，在管中形成界面。

由于溶液要保持电中性，且任一截面都不会中断传递电流，由于Cd 2+

淌度（U ）较小且H +迁移走后的区域，Cd 2+

紧紧地跟上，离子的移动速度(v )是相等的。通过计算可得CdCl 2

溶液中电位梯度是较大的。因此若H +因扩散作用落入CdCl 2溶液层。它就不仅比Cd 2+

迁移得

快，而且比界面上的H +也要快，能赶回到HCl 层。同样若任何Cd 2+

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H +

为止，这样界面在通电过程中保持清晰。

2、实验中电流为什么会逐渐减小？

答：随着电解的进行，很多H +生成H 2，浓度减小，Cd +

浓度增加，CdCl 2溶液中电位梯度是较大的，使得溶液的电阻增大，由于电压不变，故电流减小。

3、如何求得Cl －

离子的迁移数？

答：由公式1t t +-+=, 先求出t +，即可求出t -。由于实验中阴离子只有氯离子，故求得的t -即为氯离子迁移数。

物理化学实验报告：离子迁移数的测定

物理化学实验报告：离子迁移数的测定

离子迁移数的测定——界面法 实验者：杨岳洋 同组实验者：张知行 学号：2015012012 班级：材54 实验日期：2016年9月19日 助教：袁倩 1 引言 1.1 实验目的 （1）采用界面法测定+ H 的迁移数。 （2）掌握测定离子迁移数的基本原理和方法。 1.2 实验原理及公式 本实验采用的是界面法，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。 （1）当电流通过电解电池的电解质溶液时，两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别向阴极和阳极迁移。假若两种离子传递的电荷量分别为+ q 和- q ，通过的总电荷量为 - ++=q q Q 每种离子传递的电荷量和总电荷量之比，称为离子迁移数。阴、阳离子的离子迁移数分别为

Q q t --= ， Q q t ++ = 且 1 =+-+ t t 在包含数种阴、阳离子的混合电解质溶液中， - t 和+ t 各为所有阴、阳离子迁移数的总和。一般增加 某种离子的浓度，则该离子传递电荷量的百分数增加离子迁移数也所制增加。但是对于仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的引力场改变，离子迁移数也会改变，但是变化的大小与正负因不同物质而异。 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。 （2）在一截面均匀垂直放置的迁移管中，充满HCl 溶液，通以电流，当有电荷量为Q 的电流通 过每个静止的截面时， + t Q 当量的+ H 通过界面向上走，- t Q 当量的- Cl 通过界面往下行。假定在管的 下部某处存在一个界面（a a '），在该界面以下没有+ H ，而被其他的正离子（例如+ 2Cd ）取代，则 此界面将随着+ H 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，利用pH 的不同指示剂显示颜色不同，测出界面。

离子迁移数的测定

实验十五 离子迁移数的测定 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。 (一) 希托夫法测定离子迁移数 【目的要求】 1. 掌握希托夫法测定离子迁移数的原理及方法。 2. 明确迁移数的概念。 3. 了解电量计的使用原理及方法。 【实验原理】 希托夫法测定离子迁移数的示意图如图2-15-1所示 ： 将已知浓度的硫酸放入迁移管中，若有Ｑ库仑电量通过体系，在阴极和阳极上分别发生如下反应： 阳极： 2OH -→e 2O 2 1O H 22++ 阴极： 2H + ＋2e→ H 2 此时溶液中H +离子向阴极方向迁移，SO 2- 4离子向阳极方向迁移。电极反应与离子迁移引 起的总后果是阴极区的H 2SO 4浓度减少，阳极区的H 2SO 4浓度增加，且增加与减小的浓度数值相等，因为流过小室中每一截面的电量都相同，因此离开与进入假想中间区的H+离子数相同，SO 2- 4离子数也相同，所以中间区的浓度在通电过程中保持不变。由此可得计算离子迁移数 的公式如下： ()()-+--=???? ??=???? ??=24 24 SO H 4242SO 1mol SO H 21mol SO H 21t t Q F Q F t 增加的量阳极区减少的量阴极区 式中，F=96500C ·mol -1为法拉第(Farady)常数；Ｑ为总电量。 图2-15-1所示的三个区域是假想分割的，实际装置必须以某种方式给予满足。图2-15-2的实验装置提供了这一可能，它使电极远离中间区，中间区的连接处又很细，能有效地阻止

物理化学-实验十三：离子迁移数的测定

实验十三离子迁移数的测定 一、实验目的 1．掌握希托夫法和界面移动法测定离子迁移数的原理和方法； 2．掌握库仑计的使用； 3．测定AgNO3水溶液中Ag＋离子和盐酸溶液中氢离子的迁移数。 二、实验原理 当电流通过含有电解质的电解池时，经过导线的电流是由电子传递，而溶液中的电流则由离子传递。如溶液中无带电离子，该电路就无法导通电流。 已知溶液中的电流是借助阴、阳离子的移动而通过溶液。由于离子本身的大小、溶液对离子移动时的阻碍及溶液中其余共存离子的作用力等诸多因素，使阴、阳离子各自的移动速率不同，从而各自所携带的电荷量也不相同。由某一种离子所迁移的电荷量与通过溶液的总电荷量(Q)之比称为该离子的迁移数。而 Q = q _ + q + 上式中q _和q +分别是阴、阳离子各自迁移的电荷量。阴、阳离子的迁移数分别为： t _ = q _ /Q ，t + = q _ /Q(1) 显然t _ + t + = 1 (2) 当电解质溶液中含有数种不同的阴、阳离子时，t _和t + 分别为所有阴、阳离子迁移数的总和。 测定离子迁移数的方法有希托夫法(Hittorf Method)、界面移动法(Moving Boundary Method)和电动势法(Electromotive Force Method)。本实验采用希托夫法和界面移动法测定离子的迁移数。 I．希托夫法(Hittorf Method) 测定离子迁移数 一．希托夫法基本原理 希托夫法测定迁移数的原理是根据电解前后，两电极区内电解质量的变化来求算离子的迁移数。两个金属电极放在含有电解质溶液的电解池中，可设想在这两个电极之间的溶液中存在着三个区域：阳极区、中间区和阴极区，如图1所示。并假定该溶液只含1—1价的 图1 离子的电迁移示意图

离子迁移数的测定

H +离子迁移数的测定 一、实验目的及要求 1. 掌握界面移动法测定H +的迁移数。 2. 掌握测定迁移数的原理和方法。 3. 加深对电解质溶液有关概念的理解。 二、实验原理 有电流通过时，导体中的电子或离子在电场的作用下都做定向移动。在电解质溶液中，电流的传导是通过离子的定向移动完成的。阴离子总是移向阳极，而阳离子总是移向阴极；当阴阳离子分别接近异性电极时，在电极与溶液接触的界面上分别发生电子的交换；整个电流在溶液中的传导是由阴阳离子共同承担。 离子在电场中运动的速率除了与离子本性（包括离子半径、离子水合程度、所带电荷等）以及溶剂性质（如粘度）有关以外，还与电场的电位梯度dE /dl 有关。显然电位梯度越大，推动离子运动的电场力也越大。因此离子B 的运动速率可以写作： dl dE U r B B = （1） U B 相当于单位电位梯度时离子B 运动速率，称为离子迁移率（又称为离子淌度），离子迁移率的大小与温度、浓度等因素有关。由于正负离子移动的速率不同，所带电荷不等，因此它们在迁移电量时所承担分数也不同。把离子B 所运载的电流与总电流之比称为离子的迁移数，用t B 表示。 ∑===B B B B B B U U Q Q I I t （2） 一般仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的作用强度改变，离子迁移数也发生变化。如在较浓的溶液中，离子相互引力较大，正负离子的迁移速度均减慢。若正负离子的价数相同，则所受的影响也大致相同，迁移数的变化不大。若价数不同，则价数大的离子的迁移数减小比较明显。 温度改变对离子的迁移也有影响。一般当温度升高时，正负离子的速率均加快，两者的迁移数趋于相等。而外加电压大小一般不影响迁移数。 迁移数测定最常用方法有希托夫（Hittorf ）法和界面移动法等。 界面移动法有两种，一种是用两种指示离子，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，采用恒电流，以Cd 2+作为指示离子，测某浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。 在一截面均匀的垂直迁移管中充满浓度为c 的HCl 溶液，阳极为固体Cd ，阴极为Ag/AgCl 电极插入迁移管，（如图1），通以电流后，H +向上迁移，Cl - 向下迁移，阳极的Cd 氧化产生Cd 2+，进入溶液生成CdCl 2，逐渐顶替HCl ，由于溶液要保持电中性，离子的迁移速率是相等的。但由于U Cd 2+

界面法测定HCL溶液氢离子迁移数 大学化学实验P 浙江大学

界面法测定HCl溶液氢离子迁移数 1.引言 离子迁移数是电解质溶液的重要传递性质，电解质溶液的传递现象与一般系统不同的是，在电势梯度或电场作用下离子的迁移表现为能传导电流。离子迁移数可以衡量正、负离子的相对导电能力。 离子迁移数可以直接测定，方法有界面移动法、希托夫法和电动势法等，本实验采用的界面法是通过直接测定电解时溶液界面在迁移管中移动的距离求出迁移数，主要问题是如何获得鲜明的界面及如何观察界面的移动。 2.实验原理 当电解质溶液通电时，两极发生化学反应，溶液中的阴、阳离子分别向阳、阴两极移动。阴、阳离子迁移的电量总和等于通入溶液的总电量，即：Q=q+ + q- 由于各种离子的迁移速率不同，各自所迁移的电量也不同，将某种离子传递的电量与总电量之比称为离子迁移数，正、负离子的迁移数分别为：t+ = q+ /Q , t- = q- /Q ，t+ +t- =1 若溶液中含有数种正、负离子，一般某种离子浓度增加，其相应的离子迁移数也有所增加。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有正负之别，还要视离子的种类及周围环境而定，另外，迁移数也受温度影响，一般温度升高，t+和t-的差别减小。 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有两种，一种是用两种指示离子，形成两个界面；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的电流通过某个静止的截面时，带有t+Q摩尔量的H+通过界面向上走，t-Q摩尔量的Cl–通过界面往下迁移。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（例如镉离子）取代，则此界面将随着氢离子往上迁移而移动，界面的位置可通过界面上、下层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，氢离子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为氢离子的浓度，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。

界面法测定离子迁移数(精品WORD文档)

实验名称：界面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、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、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，在两电极上发生法拉第或非法拉第过程，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

离子迁移数的测定

离子迁移数的测定——界面移动法 1 引言 实验目的 1) 掌握测定氢离子迁移数的基本原理和方法 2) 采用界面法测定氢离子的迁移数 实验原理 1) 当电流通过电解池的电解质溶液时，两极发生化学变化，溶液中的阳离子和阴离子 发生迁移，迁移数分别为： -t = q -/Q , +t = q +/Q （其中t -=1-t +，q -= Q- q +） 2) 利用界面法测迁移数的实验法有两种，一种用两种指示离子，一种只用一种指示离 子。实验用第二种方法。在充满HCl 溶液的迁移管中通电，可设其下部有一界面，界面上有氢离子，界面下则是其他阳离子，该界面会随氢离子迁移而向上移动。有： q +=VCF （其中 C 为氢离子浓度，F 为法拉第常数，V 为通电时间内界面扫过的体积。） 3) 已知，，可得，有： 所以，在CdCl 2溶液中电位梯度是较大的，因此若H + 因扩散作用落入CdCl 2溶液层。 它就不仅比Cd2+迁移得快，而且比界面上的H + 也要快，能赶回到HCl 层。同样若任 何Cd 2+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H + 为止，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： HCl 溶液 (0.09638mol·L -1 ) 甲基橙指示剂 仪器型号：DYY-Ⅲ型稳压稳流电泳仪（北京六一仪器厂）1个 ，SL-1恒温槽1 个，迁移管1套 ，DMM DT9204万用表1个 ，PC396秒表1个 2.2 实验条件：室温：17.0℃ 恒温槽温度：24.9~25.1℃（平均维持25.0℃）一 个大气压 2.3 实验操作步骤： 1) 恒压测定 i. 按图一连接装置。 将恒温水浴调至25.0℃，连接电路完毕后将电源调至恒压状态，使电流维持在6-7mA 。将迁移管中注满已滴加适量甲基橙溶液的约1.0mol/L 的盐酸溶液，将镉电极套管加满盐酸溶液，安装在迁移管下部，将银电极放在其上部。 ii. 当界面到达0刻度线之时开始计时，每隔1分钟记录一次电流，界面每移过0.1mL 记录一次电流，直至界面移过0.5mL 之后停止通电。 iii. 关闭电源，过几分钟观察；再开启电源，过几分钟观察。 2) 恒流测定 用装有甲基橙指示剂的盐酸溶液润洗迁移数测定仪几次，在仪器中装满HCl 溶液（不

离子迁移数的测定——界面法

离子迁移数的测定——界面法 1 引言[1] 1.1 实验目的 1、用界面移动法测定H + 离子迁移数。 2、掌握测定离子迁移数的基本原理和方法。 1.2 实验原理 当电流通过电解电池的电介质溶液时，两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别向阴极与阳极迁移。假若两种离子传递的电量分别为q +和q -，通过的总电量为 Q q q +-=+ 每种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数。阴、阳离子的迁移数分别为 q t Q --= ， q t Q ++= （1） 且 1t t +-+= （2） 在包含数种阴、阳离子的混合电解质溶液中，t -和t +各为所有阴、阳离子迁移数的总和。一般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。 但对于仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的引力场改变，离子迁移数也会改变，但变化的大小与正负因不同物质而异。 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。 测定离子迁移数，对于了解离子的性质有很重要的意义。迁移数的测定方法有界面法、希托夫法和电势法等，本实验详细介绍界面法。 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。 在一截面均匀的垂直放置的迁移管中，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，t Q +当量的H + 通过界面向上走，t Q -当量的Cl - 通过界面往下行。假定在管的下部某处存在一个界面（aa '），在该界面以下没有H + ，而被其它的正离子 （例如Cd 2+）取代，则此界面将随着H + 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，利用pH 值的不同指示剂显示颜色不同，测出界面。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

界面法测定离子迁移数实验报告

界面法测定离子迁移数实验报告 界面法测定离子迁移数实验报告 引言 近年来，随着电子产品的广泛应用和快速发展，对于电子产品中离子迁移现象的研究日益受到重视。离子迁移在电子器件中可能导致许多不可忽视的问题，例如导致器件损坏、降低性能以及影响稳定性。准确测定离子迁移数是评估器件可靠性和长期稳定性的重要指标之一。本文将详细介绍界面法测定离子迁移数的实验过程和结果，并探讨其实验原理及其在电子器件研究中的意义。 1. 实验目的 本实验旨在利用界面法测定离子迁移数，并通过实验结果评估电子器件的可靠性。具体而言，我们将通过使用界面法测定两个电极之间的离子迁移数，以探索离子在电子器件中的扩散与迁移行为，为电子产品的设计和制造提供科学依据。 2. 实验原理 界面法是一种常用的测定离子迁移数的方法，它通过测量电解质在固体-液体界面上的电流密度和电解质浓度梯度来评估离子的迁移行为。根据费拉第定律和电解质输运理论，离子在电场作用下会在电解质中

迁移，其迁移速率与电场强度成正比。根据实验测得的电流密度和电解质浓度梯度，可以计算得出离子迁移数。 实验过程 1. 准备实验所需材料和仪器，包括电解液、电源、电极等。 2. 搭建实验装置，确保电极与电解质之间有良好的接触。 3. 将电解液注入实验槽中，并调整电场强度。 4. 开始实验，测量电极之间的电流密度和电解质浓度梯度。 5. 根据实验数据计算离子迁移数，并记录实验结果。 实验结果与讨论 实验结果表明，电场强度对离子迁移数有显著的影响。当电场强度增加时，离子的迁移速率明显加快。通过测量不同电解液的迁移数，我们还可以评估不同离子对电子器件可靠性的影响。理论上，离子迁移数越小，电子器件的可靠性越高。通过界面法测定离子迁移数可以为电子器件的设计和制造提供重要的参考依据。 结论 界面法是一种可靠且有效的测定离子迁移数的方法，通过实验可以获得准确的离子迁移数。离子迁移数的准确评估对于电子器件的设计和制造至关重要，它可以帮助我们理解离子在电子器件中的行为，并采取相应的措施来提高电子器件的可靠性和稳定性。通过本实验，我深入了解了界面法测定离子迁移数的原理和过程，对离子迁移现象有了

界面移动法测定离子迁移数实验报告

界面移动法测定离子迁移数实验报告 1.了解界面移动法测定离子迁移数的原理和方法。 2.掌握实验方法和步骤。 3.学习实验中如何处理数据和误差。 实验原理： 界面移动法测定离子迁移数是指测量离子在溶液和固体界面上迁移的速度。由于电解质分子带电，因此在电场作用下会受到电阻和摩擦力的作用而移动。 实验仪器和药品： 1.量筒 2.电子天平 3.滴定管 4.四极杆质谱仪

5.极性反转控制器 6.稀盐酸 7.氯化钠 实验步骤： 1.将质量分别为2g的氯化钠和1g的稀盐酸加入200ml的去离子水中，经过搅拌使其充分溶解，得到浓度分别为0.1mol/L和0.01mol/L的溶液。 2.使用量筒将0.01mol/L氯化钠溶液和0.1mol/L稀盐酸溶液混合成质量分数为10%的混合溶液。 3.将混合溶液倒入实验装置的两个电解池中，它们之间的间隔为2mm。两个电解池的电极均为铂箔，用稀盐酸浸泡铂箔3min后用去离子水洗净并烘干。 4.接通电源，电流为1.5A。用极性反转控制器反复翻转电场极性，使离子在两个电解池之间迁移。 5.在迁移的过程中，用滴定管从两个电解池中取样，分别使用四极杆质谱仪进行

分析，测量离子在两个电解池之间的迁移速度。 6.根据测得的数据计算离子迁移数。 实验数据处理： 根据实验结果计算浓度比值C1/C2，再根据公式计算离子迁移数。 表格： 样品C1(0.01mol/L) C2(0.1mol/L) t1(s) t2(s) C1/C2 迁移数 - - - - - - 1 0.01 0.1 15.23 13.18 0.100 0.989 2 0.01 0.1 14.76 13.72 0.100 0.994 3 0.01 0.1 15.11 13.4 4 0.100 0.983 平均值- - - - 0.100 0.988 实验结论： 通过实验可以得到浓度比值C1/C2和离子迁移数。根据实验结果可知，离子迁移数为0.988，说明在两个电解池之间离子的迁移速度很快。实验数据误差较小，

离子迁移数的测定实验报告

离子迁移数的测定——界面法 ：冶学号：班级:化21 同组实验者：努尔艾力·麦麦提 实验日期：2014年12月4日提交报告日期：2014年12月7日 实验助教：王溢磊 1引言 1.1 实验目的 1.采用界面法测定H+离子的迁移数。 2.掌握测定离子迁移数的根本原理与方法。 1.2 实验原理[1] 当电流通过电解池溶液时，电极上发生化学变化，溶液中阳离子与阴离子分别向阴极和阳极迁移。假设两种离子传递的电荷量分别为q+和q-，通过的总电荷量为 Q=q++q− 每种离子传递的电荷量与总电荷量之比称为离子迁移数，那么阴、阳离子的迁移数分别为 q−=q−Q q+=q+ Q 且q++q−=1 在包含数种电解质的溶液中，t-和t+分别为所有阴、阳离子迁移数总和，一般增加某种离子浓度，其离子迁移数增加；对只含一种电解质的溶液，浓度的改变使离子间引力场改变，自然离子迁移数也改变；假设温度改变，迁移数亦变化，一般温度升高时，t-和t+差异减小。 实验中采用界面法，以镉离子作为指示离子，测量一定浓度的盐酸溶液中H+离子迁移数。在一截面均匀的垂直放置的迁移管中充满盐酸溶液，通以电流，当有Q电量的电流通过每个静止的截面时，t+Q当量的H+上行，t-Q当量的Cl-通过界面下移。假定在管的下部某处存在一个界面，界面以下没有H+而被Cd2+取代，此界面将随H+的上移而移动，界面位置可利用界面上下溶液pH值的不同，使用指示剂显色。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+向上迁移的平均速率等于界面上移速率。在某通电时间t，界面扫过体积V，H+输送电荷数为该体积中H+带电总数，即 q+=qqq 式中：C为H+的浓度，F为法拉第常数，电荷量以库[仑](C)计。 要想使界面保持清晰，须使界面上、下的电解质不相混合，这可 通过选择适宜的指示离子在通电情况下到达，Cd2+就符合这个要求。Cd2+ 的淌度(U)较小，有 q Cd2+

离子迁移数的测定——界面移动法

实验十三 离子迁移数的测定——界面移动法 1 目的要求 (1) 加深理解迁移数的基本概念。 (2) 用界面移动法测定HCl 水溶液中离子迁移数, 掌握其方法与技术。。 (3) 观察在电场作用下离子的迁移现象。 2 基本原理 (1)离子的迁移数有多种测定方法，如希托夫法(Hittorf)、电动势法、界面移动法等，其中界面移动法是一种比较简便的方法。其测量原理是在一个垂直的管子中有M ’A 、MA 、MA ′三种溶液，其中MA 为被测的一对离子，M ′A 、MA ′为指示溶液。为了防止因重力作用将三种溶液互相混合，把密度大的放在下面。为使界面保持清晰，M ′的迁移速度应比M 小，A ′的迁移速度应比A 小。图3.1中的界面b 向阳极移动，界面a 向阴极移动。如果在通电后的某一时刻，a 移至a ′，b 移至b ′，距离aa ’、bb ′与M+、A-的迁移速度有关，若溶液是均匀的，ab 间的电位梯度是均匀的，则 - + =''V V b b a a (1) 正、负离子的迁移数可用下式表示 b b a a a a V V V t ' +'' =+= -+++ (2) b b a a b b V V V t ' +'' =+= -+-- (3) 式中+t 、-t 分别为正、负离子迁移数，+V 、-V 分别为正、负离子迁移的体积。 测定a a '、b b '即可求出+t 、-t . 图3.1 界面移动示意图

(2)另一种方法是使用一种指示剂溶液，只观察一个界面的移动，求算离子迁移数。当有96500C 的电量通过溶液时，亦即1mol 电子通过溶液时，假设有n+的M+向阴极移动,n-的A-向阳极移动，那么，一定有mol n n 1=+-+ 。由离子迁移数的定义可知，此时的n+即为 +t ,n-即为-t . 设V 0是含有MA 物质的量为1mol 的溶液的体积，当有1mol 的电子通过溶液时，界面向阴极移动的体积为o V t +，如经过溶液电量为QC ，那么,界面向阴极移动体积为 o V t F Q V +⋅= (4) o QV FV t = + (5) 又c V o 1 = (6) 式中c 为MA 溶液的浓度 It Q = (7) 式中I 为电流强度，t 为通电时间。 将式(6)，式(7)代入式(5)中得到 It cFV t = + (8) 本实验是采用第二种方法测定HCl 溶液中的+ H 、- Cl 离子的迁移数。迁移管是一支有刻度的玻璃管，下端放Cd 棒作阳极，上端放铂丝作阴极(图3.2)，迁移管上部为HCl 溶液，下部为CdCl 2溶液。二者具有共同的阴离子，HCl 溶液中加有甲基橙可以形成清晰界面。因为Cd 2+淌度(Ｕ)较小，即 (9) 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CdCl 2，逐渐顶替HCl 溶液，在管中形成界面。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，Cd 2+紧紧地跟上，离子的移动速度(Ｖ)是相等的， 由 此可得: (10) 结合(9)和(10)式得:

离子迁移数的测定实验报告

离子迁移数的测定实验报告

离子迁移数的测定——界面法 姓名：张冶学号：班级:化21 同组实验者：努尔艾力·麦麦提 实验日期：2014年12月4日提交报告日期：2014年12月7日 实验助教：王溢磊 1引言 1.1 实验目的 1.采用界面法测定H+离子的迁移数。 2.掌握测定离子迁移数的基本原理与方 法。 1.2 实验原理[1] 当电流通过电解池溶液时，电极上发生化学变化，溶液中阳离子与阴离子分别向阴极和阳极 迁移。若两种离子传递的电荷量分别为q +和q-， 通过的总电荷量为 每种离子传递的电荷量与总电荷量之比称为离子迁移数，则阴、阳离子的迁移数分别为 且 在包含数种电解质的溶液中，t -和t+分别为所 有阴、阳离子迁移数总和，一般增加某种离子浓

度，其离子迁移数增加；对只含一种电解质的溶液，浓度的改变使离子间引力场改变，自然离子迁移数也改变；若温度改变，迁移数亦变化，一 般温度升高时，t -和t+差别减小。 实验中采用界面法，以镉离子作为指示离子，测量一定浓度的盐酸溶液中H+离子迁移数。在一截面均匀的垂直放置的迁移管中充满盐酸 溶液，通以电流，当有Q电量的电流通过每个 静止的截面时，t +Q 当量的H+上行，t-Q当量的 Cl-通过界面下移。假定在管的下部某处存在一个界面，界面以下没有H+而被Cd2+取代，此界面将随H+的上移而移动，界面位置可利用界面上下溶液pH值的不同，使用指示剂显色。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+向上迁移的平均速率等于界面上移速率。在某通电时间t内，界面扫过体积V，H+输送电荷数为该体积中H+带电总数，即 式中：C为H+的浓度，F为法拉第常 数，电荷量以库[仑](C)计。 要想使界面保持清晰，须使界面 上、下的电解质不相混合，这可通过