实验 7 9 离子迁移数的测定

1. 实验79 离子迁移数的测定 • 79.1 实验目的 • (1) 采用希托夫法测定Cu2+ 、SO42-离子的迁移数。 • (2) 掌握测定离子迁移数的原理和方法及库仑计的使用。

2. 79.2实验原理当电流通过电解池时，两电极发生化学变化，电池中溶液的阳离子和阴离子分别向阴极与阳极迁移。假若两种离于传递的电量分别为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， （1）且 t-＋t+＝1 （2） 本实验采用希托夫(Hittorf)法。电解某电解质溶液时，由于两种离子运动速率不同，它们分别向两极迁移的物质的量就不同，因而输送的电量也不同，同时两极附近溶液浓度改变也不同。

3. 例如，两个金属电极M，浸在含电解质MA的溶液中。设M＋和A-的迁移数分别为t＋和t－。设想两极间可以分成三个区域：阳极区、阴极区和中间区，如图1所示。 图1 离子迁移示意图

4. 根据定义，某离子的迁移数就是该离子输送的电量与通过的总电量之比。而离子输送的电量以F(法拉第)计，又等于同一电极区浓度减少的物质的量。通过的总电量以F(法拉第)计又等于库仑计中沉积的物质的物质的量。因此，迁移数即可通过下式算出： 阳极区MA减少的物质的量 库仑计中沉积物的物质的量 阴极区MA减少的物质的量 库仑计中沉积物的物质的量 t+= t-=

5. 79.3 操作步骤 1.洗净所有容器。用0.05 mol·L-1 CuSO4溶液荡洗3次，然后在迁移管中装入该溶液，迁移管中不应有气泡。 2.用1 mol·L-1 HNO3溶液除去铜电极表面的氧化层，用蒸馏水冲洗后，将作为阳极的两片铜电极放入盛有镀铜液的库仑计中，将铜阴极用无水乙醇淋洗一下，用热空气将其吹干，在天平上称重得m1，然后放入库仑计。 3.按图接好测量线路。接通电源，通过调节使电流在18 mA左右。

6. 4.通电90 min，关闭电源。取出库仑计中的铜阴极，用蒸馏水冲洗后，用无水乙醇淋洗，再用热空气将其吹干，然后称重得m2。 5.分别将中间区、阴极区、阳极区的CuSO4溶液全部取出，放入已知质量的干燥的锥形瓶称重（准确到0.01 g）。分别用移液管移取25 mL该溶液，放入已知质量的干燥的锥形瓶称重，根据此密度，计算中间区、阴极区、阳极区的CuSO4溶液的相应体积。 ６.用分光光度法测定硫酸铜溶液浓度求得迁移数：首先在波长690 nm下作已知硫酸铜浓度c和光密度D的工作曲线，然后分别测出阳极区溶液和中间区溶液以及原溶液（通常原溶液的硫酸铜浓度为0.05 mol·L-1）的光密度，由工作曲线查出对应的浓度。根据各区溶液的浓度，计算t＋和t-。

7. 图2 LQY离子迁移数测定装置 1、Hb迁移管 2、阳极 3、阴极 4、库仑计 5、阴极插座 6、阳极插座 7、电极固定板 8、阴极铜片 9、阳极铜片

8. 图3 面板示意图 1、正极接线柱（负载的正极接入处） 2、接地接线柱 3、负极接线柱（负载的负极接入处）4、电流粗调（粗略调节电流） 5、电流细调（精确调节电流）6、计时按钮（按下此按钮，停止或开始计时） 7、电源开关8、计时指示（计时开始，计时指示灯亮） 9、输出电压显示窗口 10、输出电流显示窗口 11、时间显示窗口(显示计时时间)

9. 79.4 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。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。

10. 79.5 问题讨论 （1）如果迁移管中有气泡，对实验有何影响？ （2）在希托夫法中，若通电前后中间区浓度改变，为什么要重做实验？

11. 79.6 参考答案 • （1）如果迁移管中有气泡，对实验有何影响？ • 答：在迁移数测定过程中，迁移管中有气泡会对电极周围的溶液产生搅拌；气泡的搅动很可能会对阴极室、中间室和阳极室三者的界面产生影响，从而影响实验结果的准确性。

12. （2）在希托夫法中，若通电前后中间区浓度改变，为什么要重做实验？ • 答：因为根据离子迁移原理，中间各离子的迁进与迁出，最后保持不变，若中间区的浓度改变，说明阴阳两极有溶液渗入中间区，使中间区的离子迁移出现偏差，致使实验出现误差，故必须重做实验。