1、2基本原理2基本原理實(shí)驗(yàn)十離子遷移數(shù)的測(cè)定一一界面移動(dòng)法1目的要求加深理解遷移數(shù)的基本概念。用界面移動(dòng)法測(cè)定HCl水溶液中離 子遷移數(shù)，掌握其方法與技術(shù)。觀察在電場(chǎng)作用下離子的遷移現(xiàn) 象。離子的遷移數(shù)有多種測(cè)定方法，如希 托夫法(Hittorf)、電動(dòng)勢(shì)法、界面移動(dòng)法等， 其中界面移動(dòng)法是一種比較簡(jiǎn)便的方法。其 測(cè)量原理是在一個(gè)垂直的管子中 仙、 MA、MA，三種溶液，其中MA為被測(cè)的一對(duì) 離子，MA、MA，為指示溶液。為了防止因 重力作用將三種溶液互相混合，把密度大的 放在下面。為使界面保持清晰，M的遷移速 度應(yīng)比M小，A，的遷移速度應(yīng)比A小。圖 2.10.1中的界面13向陽(yáng)極移動(dòng)，界面a向

2、陰極移 動(dòng)。如果在通電后的某一時(shí)刻，a移至a，b 移至b，距離aa、bb，與M+、A-的遷移速度 有關(guān)，若溶液是均勻的，ab間的電位梯度是均勻的，則aa V =H bb V正、負(fù)離子的遷移數(shù)可用下式表示口aa+ V + Vaa + bbbbt =-V + Vaa + bb(2.10.1)(2.10.2)(2.10.3)式中t、t分別為正、負(fù)離子遷移數(shù)，V、V分別為正、負(fù)離子遷移的體積。測(cè)定aa、+-+-bb即可求出t+、t另一種方法是使用一種指示劑溶液，只觀察一個(gè)界面的移動(dòng)，求算離子遷移數(shù)。當(dāng) 有96500C的電量通過(guò)溶液時(shí)，亦即1mol電子通過(guò)溶液時(shí)，假設(shè)有n+的M+向陰極移動(dòng),n-的 A-

3、向陽(yáng)極移動(dòng)，那么，一定有n+n=1mol。由離子遷移數(shù)的定義可知，此時(shí)的n+即為t+,n-即為，.設(shè)V0是含有MA物質(zhì)的量為1mol的溶液的體積，當(dāng)有1mol的電子通過(guò)溶液時(shí)，界面向陰 極移動(dòng)的體積為八V。，如經(jīng)過(guò)溶液電量為Q,那么，界面向陰極移動(dòng)體積為V = Q -1V(2.10.4)(2.10.5)(2.10.6)(2.10.7)FV t =(2.10.5)(2.10.6)(2.10.7)+ QV o又V = 1 o c式中c為MA溶液的濃度Q = It式中I為電流強(qiáng)度，t為通電時(shí)間。口將式(2.10.6)，式(2.10.7)代入式(2.10.5沖得到口t = CFV(2.10.8)+ I

4、t本實(shí)驗(yàn)是采用第二種方法測(cè)定HCl溶液中的H+、。/-離子的遷移數(shù)。遷移管是一支有刻度 的玻璃管，下端放Cd棒作陽(yáng)極，上端放鉑絲作陰極(圖2.10.2)，遷移管上部為HCl溶液，下 部為CdCl2溶液。二者具有共同的陰離子，HCl溶液中加有甲基橙可以形成清晰界面。因?yàn)?Cd2+淌度(U)較小，即(2.10.9)通電時(shí)，H+向上遷移，Cl-向下遷移，在Cd陽(yáng)極上Cd氧化，進(jìn)入溶液生成CdCl2， 逐漸頂替HCl溶液，在管中形成界面。由于溶液要保持電中性，且任一截面都不會(huì)中斷傳遞電流，H+遷移走后的區(qū)域，Cd2+緊緊地跟上，離子的移動(dòng)速度(V)是相等的，礦心=礦* 由此可得:(2.10.10)結(jié)合

5、(2.10.9 )和(2.10.10)式得:(2.10.11)即在CdCl2溶液中電位梯度是較大的，因此若H+因擴(kuò)散作用落入CdCl2溶液層。它就 不僅比Cd2+遷移得快，而且比界面上的H+也要快，能趕回到HCl層。同樣若任何Cd2+進(jìn) 入低電位梯度的HCl溶液，它就要減速，一直到它們重又落后于H+為止，這樣界面在通 電過(guò)程中保持清晰。直流穩(wěn)壓電源直流毫安表電遷移法遷移數(shù)測(cè)定儀1套口HCl 溶液(0.05molL-i口)口CdCl2 溶液(0.01molL-i) 口甲基橙指示劑4實(shí)驗(yàn)步驟洗凈界面移動(dòng)測(cè)定管，先放置 CdCl2溶液，然后小心放置有甲基橙的HCl 溶液，按圖2.10.2裝好儀器。關(guān)

6、上開關(guān)，使 通過(guò)電流為5mA10mA，直至實(shí)驗(yàn)完畢。隨電解進(jìn)行Cd電極不斷失去電子 而變成C d2+溶解下來(lái)，由于Cd2+的遷移速 度小于H+，因而過(guò)一段時(shí)間后(約20min)， 在遷移管下部就會(huì)形成一個(gè)清晰的界面， 界面以下是中性的CdCl2溶液呈橙色;界面 以上是酸性的HCl溶液呈紅色，從而可以 清楚地觀察到界面，且漸漸向上移動(dòng)。每 隔10min讀一次刻度數(shù)據(jù)，記下相應(yīng)的時(shí) 間和界面遷移體積數(shù)據(jù)以及電流值，共讀8 套數(shù)據(jù)。圖2.10.2界面移動(dòng)法測(cè)定遷移數(shù)裝置1毫安培斗2圖2.10.2界面移動(dòng)法測(cè)定遷移數(shù)裝置1毫安培斗2開關(guān)3電源4可變電阻5 Pt 電極 6 HC17 CdCl2 8 Cd 電極數(shù)據(jù)記錄：遷移時(shí)間(t/s)遷移體積(V/m3通電電流(I/A)作出V-It關(guān)系圖，由直線斜率求出dV/d(It)口根據(jù)公式(2.10.12)和公式(2.10.13)求出H+、Cl-遷移數(shù)t+=cFdV/d(It)(2.10.12)t= 1 - t+(2.10.13)6注意事項(xiàng)測(cè)定管要洗凈，以免其它離子干擾。口基橙不能加得太多，否則會(huì)影響HCl溶液濃度。通過(guò)后由于CdCl2層的形成電阻加大，電流會(huì)漸漸變小，因此若實(shí)驗(yàn)中使用的不是 恒電