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文檔簡介
離子遷移數(shù)的測定演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有22頁\編輯于星期日(優(yōu)選)離子遷移數(shù)的測定現(xiàn)在是2頁\一共有22頁\編輯于星期日二、實驗原理
當電流通過含有電解質(zhì)的電解池時,經(jīng)過導(dǎo)線的電流是由電子傳遞,而溶液中的電流則由離子傳遞。如溶液中無帶電離子,該電路就無法導(dǎo)通電流。已知溶液中的電流是借助陰、陽離子的移動而通過溶液。由于離子本身的大小、溶液對離子移動時的阻礙及溶液中其余離子的作用力等諸多因素,使陰、陽離子各自的移動速率不同,從而各自所攜帶的電荷量也不相同。由某種離子遷移的電荷量與通過溶液的總電荷量(Q)之比稱為該離子的遷移數(shù)。而上式中q+和q-
分別是陰、陽離子各自遷移的電荷量。陰、陽離子的遷移數(shù)分別為
現(xiàn)在是3頁\一共有22頁\編輯于星期日二、實驗原理
顯然
當電解質(zhì)溶液中含有數(shù)種不同的陰、陽離子時,t-和t+
分別為所有陰、陽離子遷移數(shù)的總和。現(xiàn)在是4頁\一共有22頁\編輯于星期日現(xiàn)在是5頁\一共有22頁\編輯于星期日現(xiàn)在是6頁\一共有22頁\編輯于星期日(a)(b)現(xiàn)在是7頁\一共有22頁\編輯于星期日二、實驗原理
H+和OH-表現(xiàn)出很高的淌度。這是由于在通常的溶劑中的離子移動之外附加了跳躍機理。來自水合質(zhì)子的氫離子可以跳躍到臨近的水分子,這是一個與水合氫離子在溶液中運動有相同效果的過程。有人認為在水溶液中單個的溶劑質(zhì)子化的傳導(dǎo)實際通過一種質(zhì)子傳遞機理,即Grotthuss機理,而并不是質(zhì)子本身從溶液的一端遷向另一端。因為質(zhì)子可以在水分子間轉(zhuǎn)移,所以質(zhì)子從一個水分子傳給另一個水分子,電流就很快沿著氫鍵傳導(dǎo),而分子的排列形式從(a)到(b)。以(b)排列方式的分子必須翻轉(zhuǎn),回復(fù)到(a)的排列狀態(tài)才能接受(或釋放)質(zhì)子,故電導(dǎo)率的大小取決于水分子的翻轉(zhuǎn)速度。(a)(b)
現(xiàn)在是8頁\一共有22頁\編輯于星期日現(xiàn)在是9頁\一共有22頁\編輯于星期日二、實驗原理
利用界面移動法測遷移數(shù)的實驗,可分為兩類:一類是使用兩種指示離子,造成兩個界面:另一類是只用一種指示離子,有一個界面,近年來這種方法已經(jīng)代替了第一類方法。所使用的兩種電解質(zhì)必須具有同一種離子。其原理如下:實驗在如圖所示的遷移管中進行。設(shè)Mz+為欲測的陽離子,為指示陽離子。為了保持界面清晰,防止由于重力而產(chǎn)生攪動作用,應(yīng)將密度大的溶液放在下面。當有電流通過溶液時,陽離子向陰極遷移,原來的界面aa’上移,經(jīng)過一定時間到達bb’。設(shè)V為aa’和bb’間的體積,為Mz+的遷移數(shù)。遷移管中的電位梯度現(xiàn)在是10頁\一共有22頁\編輯于星期日二、實驗原理據(jù)定義有:式中:F為法拉第常數(shù);c為1/zMz+
的物質(zhì)的量濃度;Q為通過溶液的總電量;V為界面移動的體積,可用稱量充滿aa’和bb’間的水的質(zhì)量校正之。本實驗用Cd2+作為指示離子,測定兩種HCl中H+的遷移數(shù)。因為Cd2+淌度(U)較小,即。在上面的實驗裝置中,通電時,H+向上遷移,Cl-向下遷移,在Cd陽極上Cd氧化,進入溶液生成CdCl2,逐漸頂替HCl,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,離子的移動速度(v)是相等的,
現(xiàn)在是11頁\一共有22頁\編輯于星期日二、實驗原理由此可得:即在CdCl2溶液中電位梯度是較大的,因此若H+因擴散作用落入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+進入低電位梯度HCl溶液,它就要減速,一直到它們重又后于H+為止,這樣界面在通電過程中保持清晰。
現(xiàn)在是12頁\一共有22頁\編輯于星期日二、實驗原理
298.15K不同濃度水溶液中正離子的遷移數(shù)現(xiàn)在是13頁\一共有22頁\編輯于星期日三、儀器和試劑LQY離子遷移數(shù)測定裝置(南京桑力電子設(shè)備廠)秒表遷移管銅絲鐵架臺滴管2個50mL燒杯2個HCl0.085(或0.1000)mol·dm-3
HCl0.0425mol·dm-3
甲基紫(或甲基橙)現(xiàn)在是14頁\一共有22頁\編輯于星期日三、儀器和試劑
界面移動法測定遷移數(shù)一般線路圖
1.毫安表2.開關(guān)3.電源4.可變電阻
5.Ag電極6.HCl7.CdCl28.Cd電極現(xiàn)在是15頁\一共有22頁\編輯于星期日四、實驗步驟
(1)在一只小燒杯中倒入0.0425mol·dm-3鹽酸,加入少許甲基紫,使溶液呈深藍色。并用少許該溶液洗滌遷移管2-3次后,將溶液裝滿遷移管,用濾紙擦凈遷移管外面,并插入Ag電極。(2)按下圖接好線路,Cd作正極、Ag作負極,注意先把儀器的電流粗調(diào)和電流細調(diào)沿逆時針方向旋到最小,再打開電源。此時儀器輸出電壓顯示接近零,否則立即關(guān)閉電源,檢查線路或遷移管中是否有氣泡。(3)用電流細調(diào)調(diào)節(jié)電流為2.00mA,遷移管中會出現(xiàn)藍色界面,當其超過橡膠管的高度后,應(yīng)盡快開始開動秒表計時,每0.020mL記錄一次時間,一直到藍色界面遷移0.200mL后,停止計時,將電流細調(diào)逆時針旋到最小,關(guān)閉電源,再取下電極夾。倒出溶液,重復(fù)一次。(4)改變鹽酸濃度,改變電流,測兩次。(5)洗凈遷移管、燒杯等?,F(xiàn)在是16頁\一共有22頁\編輯于星期日五、思考題1)寫出陰極、陽極的電極反應(yīng)。2)如遷移管中有水,對測定結(jié)果有何影響?3)為什么在遷移過程中會得到一個穩(wěn)定界面?為什么界面移動速度就是H+移動速度?4)如何能得到一個清晰的移動界面?5)實驗過程中電流值為什么會逐漸減?。?)測量某一電解質(zhì)離子遷移數(shù)時,指示離子應(yīng)如何選擇?指示劑應(yīng)如何選擇?現(xiàn)在是17頁\一共有22頁\編輯于星期日六、數(shù)據(jù)記錄與處理表1、鹽酸遷移實驗體積與時間表鹽酸濃度0.0425mol·dm-3電流強度2.00mA現(xiàn)在是18頁\一共有22頁\編輯于星期日六、數(shù)據(jù)記錄與處理
鹽酸濃度0.0425
mol·dm-3電流強度2.00mA表2、鹽酸遷移實驗體積與時間表現(xiàn)在是19頁\一共有22頁\編輯于星期日六、數(shù)據(jù)記錄與處理表3、鹽酸遷移實驗體積與時間表鹽酸濃度0.1000mol·dm-3電流強度____mA現(xiàn)在是20頁\一共有2
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