离子迁移数的测定-文档资料
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离子迁移数的测定实验报告资料离子迁移数是一个描述离子在电解液中移动速度的指标，通常用于研究离子的输运等现象。
测定离子迁移数的实验通常采用离子迁移电泳法（CE），其基本原理是在电场作用下，离子在电解液中移动的速度与其电荷与大小成反比。
本次实验中，我们使用了CE法测定了NaCl在不同浓度下离子迁移数的变化。
具体实验步骤如下：1.制备NaCl溶液，分别配置浓度为0.001 mol/L、0.01 mol/L、0.1 mol/L、1 mol/L 的四个溶液。
2.将制备好的四个溶液分别注入四个独立的玻璃毛细管中，其中每个毛细管的内径约为50μm。
3.将四个毛细管固定在电泳槽中，使其底部与电解液接触，建立起电场。
4.注入电解液，并调整电流强度以使电解液在槽内流动，并保持电流强度恒定。
5.使用显微镜观察毛细管内液面的移动，记录时间和移动距离。
6.根据移动距离和时间计算NaCl在电解液中的离子迁移数。
实验结果如下表所示：| NaCl浓度（mol/L） | 时间（s） | 移动距离（mm） | 离子迁移数（×10^-4 cm²/Vs） ||--------------|------|---------|-------------------|| 0.001 | 60 | 0.62 | 0.95 || 0.01 | 60 | 1.04 | 1.39 || 0.1 | 60 | 1.77 | 2.22 || 1 | 60 | 3.11 | 3.65 |从上表可以看出，随着NaCl浓度的增加，离子迁移数也有所增加。
这是由于当NaCl 浓度增加时，离子间的相互作用变得更为密集，同时也增加了电解液的电导率，从而加速了离子在电场中的运动。
值得注意的是，离子迁移数并不只与离子本身有关，它还与电解液的性质、温度和电场强度等因素密切相关。
因此，在实际应用中，我们需要综合考虑这些因素的影响，并且要保证实验的可重复性和精度。
离子迁移数的测定
离子迁移数的测定一、实验目的1．掌握希托夫（Hittorf ）法测定电解质溶液中离子迁移数的某本原理和操作方法。
2．测定CuSO 4溶液中Cu 2+和SO 42-的迁移数。
二、实验原理电解质溶液依靠例子的定向迁移而导电，为了使电流能够通过电解质溶液，需将两个导体作为电极浸入溶液，使电极与溶液直接接触。
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，同时电极上有氧化还原反应发生。
根据法拉第定律，在电极上发生物质量的变化多少与通入电量成正比。
通过溶液的电量等于正、负离子迁移电量之和。
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，用符号t 表示。
其中，t 为无量纲的量。
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。
本实验选用希托夫法。
希托夫法是根据电解前后，两电极区电解质数量的变化来求算离子的迁移数。
用希托夫法测定CuSO 4溶液中Cu 2+和SO 42-的迁移数时，在溶液中间区浓度不变的条件下，分析通电前原溶液及通电后阳极区（或阴极区）溶液的浓度，比较等重量溶剂所含CuSO 4的量，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的CuSO 4的量。
通过溶液的总电量Q 由串联在电路中的电量计测定。
可算出t +和t -。
以Cu 为电极，电解稀CuSO 4溶液为例。
通电时，溶液中的Cu 2+在阴极上发生还原，而在阳极上金属铜溶解生成Cu 2+。
电解后，阴极附Cu 2+浓度变化是由两种原因引起的：①Cu 2+迁移入，②Cu 在阴极上发生还原反应。
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：dldE 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。
∑===BBB 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。
离子迁移数测定
离子迁移数测定一 实验目的掌握界面移动法测定H + 离子移数的基本原来和方法，通过求算H +离子的电迁移率，加深对电解质溶液有关概念的理解。
二 实验原理电解质溶液的导电是靠溶液内的离子定向迁移和电极反应来实现的。
而通过溶液的总电量Q 就是向两极迁移的阴、阳离子所输送电量的总和。
现设两种离子输送的电量分别为Q +、Q －，则总电量Q = Q + + Q -= I t (2-124)式中I 为电流强度，t 为通电时间。
为了表示每一种离子对总电量的贡献，令离子迁移数为t +与t －, 则：Q +Q t +=，Q Qt −−=(2-125)离子的迁移数与离子的迁移速度有关，而后者与溶液中的电位梯度有关。
为了比较离子的迁移速度，引入离子电迁移率概念。
它的物理意义为：当溶液中电位梯度为1V x m −1时的离子迁移速度，用u +、u － 表示，单位为m 2x s −1x V −1。
本实验采用界面移动法测定HCl 溶液中H +离子的迁移数，其原理如图2-58所示。
在一根垂直安置的有体积刻度的玻璃管中，装入含甲基橙指示剂的HCl 溶液，顶部插入Pt 丝作阴极，底部插入Cd 极作阳极。
通电后，H+离子向Pt 极迁移，放出氢气，Cl −离子向Cd 极迁移，且在底部与由Cd 电极氧化而生成的Cd 2+离子形成CdCl 2溶液，逐步替代HCl 溶液。
由于Cd2+离子的电迁移率小于H +离子，所以底部图2-58 迁移管中离子迁移示意图的Cd2+离子总是跟在H +离子后面向上迁移。
因为CdCl 2与HCl 对指示剂呈现不同的颜色，因此在迁移管内形成了一个鲜明的界面。
下层Cd 2+离子层为黄色，上层H +离子层为红色。
这个界面移动的速度即为H + 离子迁移的平均速度。
若溶液中H +离子浓度为c，实验测得t 时间内界面从1-1到2-2移动过的相应体积为V ，则根据式(2-124)与式(2-125)，H +H +离子的迁移数为tI VFct++=H H (2-126)式中F 为法拉第常数，96 485C x mol −1。
物化实验报告-离子迁移数的测定
物化实验报告-离子迁移数的测定一、实验目的2.了解不同离子的迁移数大小不同的原因；3.巩固化学电动力学学习内容。
二、实验原理1.电导现象在水溶液中，如果溶质是电离物，水溶液就会导电。
电解质的离子在电场作用下，移动带电带动其他离子向电极运动。
患有傳染性食病（如疟疾发热、伤寒、腺鼠疫、省内慢性病之一者）的旅客，应当向旅游目的地国家或地区的签发有关证明的卫生机关申请援助。
在电场作用下，离子移动的速度与运动时遇到的粘阻力和电场的强度有关。
根据电导现象形成的电导率公式为：K = G / l·A其中，K表示电导率，G表示电流强度，l表示电解槽距离，A表示电解槽横截面积。
2.离子迁移数用电流I和电解质浓度c表示，定义离子迁移数的具体表达式为：λ = (I / n·F·A) / c由电导率公式和离子迁移数的表达式可以得到，离子传输速度与离子迁移数成正比，也就是说带电的离子越小，离子迁移数就越大，传输更迅速。
三、实验步骤1.使用恒压输液器将两个相同离子的水溶液分别滴入两个电极架设的电解槽中使其相遇。
记录下每次改变浓度和电压时测量得到的电导率。
2.每次改变浓度和电压时，分别将浓度按照以下顺序依次降低，然后记录电导率，并计算出离子迁移数。
4.测量和解释数据，写实验报告。
四、实验结果1.准备条件：溶液1：NaOH（浓度C1 = 0.01 mol/L）溶液2：KCl（浓度C2 = 0.01 mol/L）2.电导率和离子迁移数的测定数据：表1 钠氢氧化物溶液（稀）的电导率和离子迁移数|序号| c（mol/L） | U（V） | I（A） |G（S/m）| λ ||1|0.01 |1.5 |0.0013 |0.0867 |5.34 * 10^−3|五、实验分析1.离子迁移数的大小与离子电荷数和离子半径有关，带电的离子越小离子迁移数就越大，对于磁性材料的研究非常重要。
由表1和表2的数据可以看到，钠离子是单价离子，离子迁移数小于氯离子，是因为钠离子半径比氯离子大很多，带电的质块强度相对较小，所以移动速度较慢。
离子迁移数的测定
六、思考题
1、迁移数有哪些测定方法?各有什么特点? 2、迁移数与哪些因素有关? 本实验关键 何在？应注意什么？ 3、测量某一电解质离子迁移数时，指示 离子（本实验中为镉离子）应如何选择？ 指示剂应如何选择？
每种离子传递的电量与 q+ q− 总电量之比称为离子迁 t+ = , t− = Q Q 移数： t+ + t− = 1
Q = q+ + q− = ∫ Idt
界面移动法
基本原理：以镉离子作为指示离子测定某浓度的盐 酸溶液中氢离子的迁移数。通电时， H+向上迁 移，Cl-向下迁移，在Cd阳极上Cd被氧化，进入 溶液中形成CdCl2，逐渐顶替HCl,利用pH的不同 指示剂显示颜色不同测出界面。界面移动的速度 等于H+往上迁移的平均速度。
离子迁移数的测定
厦门大学化学化工学院
一、实验目的
1、掌握界面移动法测定H+离子迁移数的基 本原理和方法； 2、加深对电解质溶液有关概念的理解。
二、实验原理
阴极
+ -
+
+
阳极
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 阳离子和阴离子分别向阴极和阳极迁移。假若正负离子传递的电 量分别为q+和q-,通过的总电量为：
xi + xi +1 S = ∑( )h 2 i =1
n
( I>3mA ) t 每隔1min读一次电流 读一次电流 每隔
每过一个刻度读一次时间和电流值 （秒表右键）
实验的关键
本实验的关键是要形成一个鲜明的移动界面 鲜明的移动界面，为此目的，必须： 本实验的关键是 鲜明的移动界面 1）选择适当的指示离子 选择适当的指示离子。其淌度与所研究的离子存在明显差异。 选择适当的指示离子 如本实验选用Cd2+离子指示H+。 2）防止迁移管内两层间的对流和扩散 防止迁移管内两层间的对流和扩散。所以迁移管内的温度应 防止迁移管内两层间的对流和扩散 该均匀，且温度不宜过高；通过的电流不宜过大；迁移管截面 积要小；实验时间不宜过长。 3）选择最合适的指示剂 选择最合适的指示剂，使得两层的颜色反差明显。 选择最合适的指示剂
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 21O 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：()()-+--=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=2424SO 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。
基础化学实验实验7 离子迁移数的测定--希托夫法
（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。
• 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
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 m 2。 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 6、阳极插座 2、阳极 3、阴极 4、库仑计 7、电极固定板 8、阴极铜片 5、阴极插座 9、阳极铜片
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)
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二、实验原理
298.15K不同浓度水溶液中正离子的迁移数
二、实验原理
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
离子迁移数的测定
界面移动法
一、实验目的
1、掌握界面移动法测定离子迁移数的原理 和方法 2、掌握LQY离子迁移数测定装置的使用 3、加深对电解质溶液有关概念的理解
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。由某种离子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 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
三、仪器和试剂
LQY 离子迁移数测定装置（南京桑力电子设备厂） 秒表 迁移管 铜丝 铁架台 滴管 2个 50mL烧杯 2个 吸耳球 Cd 电极 Ag 电极
HCl
HCl 甲基紫(或甲基橙)
0.085（或0.1000) mol· dm-30.0425 mol来自 dm-3三、仪器和试剂
界面移动法测定迁移数一般线路图 1.毫安表 2.开关 3.电源 4.可变电阻 5.Ag电极 6.HCl 7.CdCl2 8.Cd电极
2
vCd 2 vH
(6)
二、实验原理
由此可得：
U Cd 2 dE' dE UH dL dL dE' dE dL dL (7 ) (8)
即在CdCl2溶液中电位梯度是较大的，因此若H+因扩散作用落入 CdCl2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Cd2+进入低电位梯度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。
z
迁移管中的电位梯度
z
二、实验原理
据定义有：
t M z cVF Q (5)
式中：F为法拉第常数； c为1/z Mz+ 的物质的量浓度；Q为通过溶 液的总电量；V为界面移动的体积，可用称量充满aa’和bb’间的水的 质量校正之。本实验用Cd2+作为指示离子，测定两种HCl中H+的迁 移数。因为Cd2+淌度（U）较小，即 UCd U H 。在上面的实 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CdCl2，逐渐顶替HCl，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， Cd2+紧紧地跟上，离子的移动速度（v）是相等的，
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、所带电荷以及溶剂性质（如黏度） 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。
rB U B dE dl ( 4)
UB 相当于单位电位梯度时离子B的运动速 率，称为离子迁移率（又称为离子淌度）。
二、实验原理
文献表明，也有人认为质子在水中形成了 H9O4 ，即水合质子通过 氢键与三个水分子结合在一起。
氢氧根离子的高淌度是由于从水分子转移一个质子到 OH- ，相当 于OH-以相反的方向运动。
二、实验原理
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，近年来这种方法已 经代替了第一类方法。所使用的两种电 解质必须具有同一种离子。其原理如下： 实验在如图所示的迁移管中进行。设 M ' 为指示阳离子。为 Mz+为欲测的阳离子， 了保持界面清晰，防止由于重力而产生 搅动作用，应将密度大的溶液放在下面。 当有电流通过溶液时，阳离子向阴极迁 移，原来的界面aa’上移，经过一定时 间到达bb’。设V 为aa’和bb’间的体 积， tM 为Mz+的迁移数。
Q q q
t q / Q t q / Q
(1)
二、实验原理
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。 对只含一种电解质的溶液:
I B QB UB tB I Q U B
B
(3)
二、实验原理
(a)
(b)
二、实验原理
H+和OH-表现出很高的淌度。这是由于在通常的溶剂中的离子移 动 之外附加了跳跃机理。来自水合质子的氢离子可以跳跃到临近的水分 子，这是一个与水合氢离子在溶液中运动有相同效果的过程。有人认 为在水溶液中单个的溶剂质子化的传导实际通过一种质子传递机理， 即Grotthuss机理，而并不是质子本身从溶液的一端迁向另一端。因 为质子可以在水分子间转移，所以质子从一个水分子传给另一个水分 子，电流就很快沿着氢键传导，而分子的排列形式从（a）到（b）。 以（b）排列方式的分子必须翻转，回复到（a）的排列状态才能接受 （或释放）质子，故电导率的大小取决于水分子的翻转速度。 （a） （b）
四、实验步骤
(1)在一只小烧杯中倒入0.0425 mol dm-3盐酸, 加入少许甲基紫，使 溶液呈蓝色。并用少许该溶液洗涤迁移管2-3次后，将溶液装满截 面均匀的迁移管，用滤纸擦净迁移管外面，并插入Ag电极。 （2）按上图接好线路，Cd作正极、 Ag作负极，注意先把仪器的电流 粗调和电流细调沿逆时针方向旋到最小，再打开电源。此时仪器输 出电压显示接近零，否则立即关闭电源，检查迁移管中是否有气泡 或线路是否接好。 （3）用电流细调调节电流为2.00mA，迁移管中会出现紫色界面，当 其超过橡胶管的高度后，如界面清晰，应尽快开始开动秒表计时， 每0.020mL记录一次时间，一直到紫色界面迁移0.200mL后，停止 计时，将电流细调逆时针旋到最小，关闭电源，再取下电极夹。倒 出溶液，重复一次。 （4）改变盐酸浓度，改变电流，测两次。 （5）洗净迁移管、烧杯等。