物理化学实验实验报告九.doc

界面移动法测定离子的迁移数 实验目的 掌握界面移动法测定离子迁移数的原理和方法 掌握图解积分测定电量的方法 实验原理 离子迁移数是电解质溶液的一个重要传递性质。电解质溶液的传递现象与一般系统所不同的是，在电势梯度或电场作用下离子的迁移，表现为能传导电流。电流的传导由溶液中的正负离子共同承担。离子迁移数的引入，衡量了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。本实验采用界面移动法测定H+的迁移数。 所谓离子迁移数，指的是某种离子传递的电量与总电量之比。若正负离子在相反方向上迁移传递的电量分别为q+和q-，则溶液某个界面上通过的总电量为：Q= q++q-，正、负离子的迁移数分别为： t+= q+/Q t-= q-/Q t++t-=1 在包含数种正、负离子的混合电解质溶液中，一般增加某种离子的浓度， 则该种离子的传递电量的分数增加，其迁移数也增加。对仅含一中电解质的溶液，浓度改变由于使离子间的相互作用力也发生了改变，难有普遍的规律。温度改变，一般是温度升高，t+和t-的差别减小。 假定在溶液的垂直迁移管的下部某处存在一界面，在该界面以下没有H+存在，而是被其他的正离子所取代，则该界面将随着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。 欲使界面保持清晰，必须使界面上下电解质不相混合，在本实验中Cd2+能够满足这个要求，因为U（Cd2+）〈U（H+）。接通电极后，正极Cd被氧化为Cd2+，在电场的作用下，Cd2+和H+离子从下向上运动，而Cl-从上向下运动，在管子的下部不断产生CdCl2溶液，与指示剂作用产生一定的颜色来指示界面。运动速度较低的Cd2+离子永远也不会赶上H+离子，并且是紧紧地跟在H+离子的后面作为指示离子。 这样，对于本实验的原理就基本阐述完毕。 装置图请参见课本。 实验计算的公式为： 电量通过无纸记录仪记录电势曲线来积分计算。 实验仪器和试剂 仪器：迁移管1支（由1ml刻度移液管及恒温回流管和注液小漏斗组成）；镉电极和铜电极各一支；无纸记录仪系统；直流稳压电源；超级恒温槽；带注射针头5ml针筒2只； 试剂：含甲基紫的已标定约0.1mol/L的盐酸溶液 实验步骤 接好电路，用去离子水清洗迁移管，用待测液润洗后加入待测液至淹没顶部铜电极，注意保持迁移管中没有气泡 调节超级恒温槽温度为25℃，稳定一段时间后，开启直流稳压电源、打开无纸记录仪，调节电流为3.5mA左右。观察界面的产生和移动，每隔0.05ml在无纸记录仪上标下一个数字。标定10个数字左右。 重复25℃一次，调节恒温槽分别测定35℃、40℃、50℃时H+离子的迁移数。 实验完毕，注意回收Cd2+离子，镉化物极毒！ 数据记录和处理 这里采用的数据处理方式和课本中的不同。课本中要求根据各个标下的数据分别用梯形面积法求一个电量，计算迁移数取平均值。这里首先对得到的各个数据进行线性拟合，拟合的过程本身是一个平均化的过程，也就是说课本中的平均的要求已经在计算机的拟合过程中完成，根据拟合的曲线方程计算的迁移数就是课本中要求的平均值。使用计算机拟合，不仅可以使数据的精度提高，而且对于减少同学工作量也是有帮助的。 各个标定数据请参见附页fxd-1～fxd-5 标准电阻Rs=1欧姆，HCl浓度=0.1022mol/L，F=96485.309C/mol 附页fxd-1拟合曲线及方程： 恒温槽温度为：25.64℃ 附页fxd-2拟合曲线及方程： 恒温槽温度为：25.75℃ 附页fxd-3拟合曲线及方程： 恒温槽温度为：35.20℃ 附页fxd-4拟合曲线及方程： 恒温槽温度为：40.10℃ 附页fxd-5拟合曲线及方程： 恒温槽温度为：50.00℃ 温度/℃ 拟合方程 起始时刻/S 终了时刻/S 积分电量/mC 总体积/ml 氢离子迁移数 25.64 y=3.53034-5.01038E-4*x 203 2473 6492.089 0.55 0.835391985 25.75 y=3.61600-5.46506E-4*x 364 2410 5847.460 0.50 0.843169365 35.20 y=3.46679-4.64991E-4*x 175 2210 5926.507 0.50 0.831923368 40.10 y=3.45473-4.54189E-4*x 145 2166 5921.357 0.50 0.832646796 50.00 y=3.47154-3.74852E-4*x