物理化学实验课件

2021/11/2实验十离子迁移数的测定指导教师：刘杰2021/11/2实验十离子迁移数的测定目的要求1实验原理2实验步骤3数据处理4结果讨论42021/11/21目的要求1．掌握希托夫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CuSO4溶液中Cu2+和SO42-的迁移数。2021/11/2把离子B所运载的电流与总电流之比称为离子B的迁移数（transferencenumber）用符号表示。Bt是量纲为1的量，数值上总小于1。Bt由于正、负离子移动的速率不同，所带的电荷不等，因此它们在迁移电量时所分担的分数也不同。BBdefItI其定义式为：2实验原理2021/11/2IQrUtIQrrUU迁移数在数值上可表示为：1tt负离子应有类似的表示式。如果溶液中只有一种电解质，则：+1ittt如果溶液中有多种电解质，共有i种离子，则：2实验原理2021/11/22实验原理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+/Qt-＝q-/Q2021/11/22实验原理2021/11/2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。用希托夫法测定CuSO4溶液中Cu2+和SO42-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MA的量，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的MA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-。2实验原理2021/11/2nnnn迁后原电在迁移管中，两电极均为Cu电极。其中放CuSO4溶液。通电时，溶液中的Cu2+在阴极上发生还原，而在阳极上金属银溶解生成Cu2+。因此，通电时一方面阳极区有Cu2+迁移出，另一方面电极上Cu溶解生成Cu2+，因而有nnnn迁后原电2uCntn迁电2241uSOCtt2实验原理2021/11/2式中n迁表示迁移出阳极区的电荷的量，n原表示通电前阳极区所含电荷的量，n后表示通电后阳极区所含Cu2+的量。n电用表示通电时阳极上Cu溶解（转变为Cu2+）的量也等于铜电量计阴极上析出铜的量的2倍，可以看出希托夫法测定离子的迁移数至少包括两个假定：（1）电的输送者只是电解质的离子，溶剂水不导电，这一点与实际情况接近。2实验原理2021/11/2（2）不考虑离子水化现象。实际上正、负离子所带水量不一定相同，因此电极区电解质浓度的改变，部分是由于水迁移所引起的，这种不考虑离子水化现象所测得的迁移数称为希托夫迁移数。2实验原理2021/11/22实验原理2021/11/23仪器试剂迁移管1套；铜电极2只；离子迁移数测定仪1台；铜电量计1台；分析天平1台；台秤1台；碱式滴定管(250mL)1只；碘量瓶(100mL)1只；碘量瓶(250mL)1只；移液管(20mL)3只；KI溶液(10%)；淀粉指示剂(0.5%)；硫代硫酸钠溶液(0.12mol.L-1)；K2Cr2O7溶液(0.015mol.L-1)；H2SO4(2mol.L-1)；硫酸铜溶液（0.05mol。L-1）；KSCN溶液(10%)；HCl(4mol.L-1)2021/11/24实验步骤1.水洗干净迁移管，然后用0.05mol/L的CuSO4溶液洗净迁移管，并安装到迁移管固定架上。电极表面有氧化层用细砂纸打磨。2.将铜电量计中阴极铜片取下，先用细砂纸磨光，除去表面氧化层，用蒸馏水洗净，用乙醇淋洗并吹干，在分析天平上称重，装入电量计中。3.连接好迁移管，离子迁移数测定仪和铜电量计（注意铜电量计中的阴、阳极切勿接错）。4.接通电源，按下“稳流”键，调节电流强度为20mA，连续通电90min。2021/11/25.Na2S2O3溶液的滴定。6.取3个碘量瓶，洗净，烘干，冷却，台秤称重（如用分析天平称则不能带盖称，防止加入溶液后称量时超出量程）。7.停止通电后，迅速取阴、阳极区溶液以及中间区溶液称重，滴定（从迁移管中取溶液时电极需要稍稍打开，尽量不要搅动溶液，阴极区和阳极区的溶液需要同时放出，防止中间区溶液的浓度改变）。4实验步骤2021/11/2Na2S2O3标准液的滴定准确移取20mL标准K2Cr2O7溶液于250mL的碘量瓶中，加入4mL6mol/L的HCl溶液，8mL10%的KI溶液，摇匀后放在暗处5min，待反应完全后，加入80mL蒸馏水，立即用待滴定的Na2S2O3溶液滴定至近终点，即溶液呈淡黄色，加入0.5%的淀粉指示剂1mL（大约10滴），继续用Na2S2O3溶液滴定至溶液呈现亮绿色为终点。2272272232236cKCrOVKCrOcNaSOVNaSO4实验步骤2021/11/2CuSO4溶液的滴定每10mLCuSO4溶液（约10.03g），加入1mL2mol/L的H2SO4溶液，加入3mL10%的KI溶液，塞好瓶盖，振荡，置暗处5-10min，以Na2S2O3标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，然后加入1mL淀粉指示剂（指示剂不用加倍），继续滴定至浅蓝色，再加入2.5mL10%的KSCN溶液，充分摇匀（蓝色加深），继续滴定至蓝色恰好消失（呈砖红色）为终点。4实验步骤2021/11/25数据处理1.从中间区分析结果得到每克水中所含的硫酸铜克数硫酸铜的克数＝滴定中间部的体积×硫代硫酸钠的浓度×159.6/1000水的克数＝溶液克数－硫酸铜的克数由于中间部溶液的浓度在通电前后保持不变，因此，该值为原硫酸铜溶液的浓度，通过计算该值可以得到通电前后阴极部和阳极部硫酸铜溶液中所含的硫酸铜克数。2.通过阳极区溶液的滴定结果，得到通电后阳极区溶液中所含的硫酸铜的克数，并得到阳极区所含的水量，从而求出通电前阳极区溶液中所含的硫酸铜克数，最后得到n后和n前。2021/11/23.由电量计中阴极铜片的增量，算出通入的总电量，即铜片的增量/铜的原子量＝n电4.代入公式得到离子的迁移数5.计算阴极区离子的迁移数，与阳极区的计算结果进行比较，分析。5数据处理2021/11/26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。电极阴、阳极的位置能对调，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。2021/11/27思考题1．通过电量计阴极的电流密度为什么不能太大？2．通过电前后中部区溶液的浓度改变，须重做实验，为什么？3．0.1mol.L-1KCl和0.1mol.L-1NaCl中的Cl-迁移数是否相同？4．如以阳极区电解质溶液的浓度计算t（Cu2＋）,应如何进行？2021/11/2或许这就是一条普通的路吧，枫叶给了它让人感动的理由。