1、本实验是用后一种方法,以镉离子作为指示离子,测某浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。在一截面均匀的垂直放置的迁移管中,充满HCl溶液,通以电流,当有电量为的电流通过每个静止的截面时,当量的H+通过界面向上走,当量的Cl-通过界面往下行。假定在管的下部某处存在一个界面(),在该界面以下没有H+,而被其它的正离子(例如Cd2+)取代,则此界面将随着H+往上迁移而移动,界面的位置可通过界面上下溶液性质的差异而测定。例如,利用pH值的不同指示剂显示颜色不同,测出界面。在正常条件下,界面保持清晰,界面以上的一段溶液保持均匀,H+往上迁移的平均速率,等于界面向上移动的速率。在某通电的时间()内,界面扫过的体积
2、为,H+输送电荷的数量为在该体积中H+带电的总数,即 (3)式中,为H+的浓度,为法拉第常数,电量常以库伦(C)表示。欲使界面保持清晰,必须使界面上、下电介质不相混合,可以通过选择合适的指示离子在通电情况下达到。CdCl2溶液能满足这个要求,因为Cd2+淌度()较小,即 (4)在图2-14-2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溶液,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,且H+迁移走后的区域,Cd2+紧紧地跟上,离子的移动速度()是相等的,。由此可得: (5)结合(4)式,得 (6)即在CdCl
3、2溶液中电位梯度是较大的,如图2-14-1所示。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+进入低电位梯度的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。2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验仪器:迁移管,节能型智能恒温槽(DC-0510 宁波新芝生物科技股份有限公司),Cd电极,Ag电极,毫安表(UNI-T UT56),直流稳压稳流电源(DHD300V/50mA,北京大华无线仪器厂),秒表(SW2013 SEWAN SMTWTFS)。实验药品:HC
4、l溶液(0.1moldm3),甲基橙2.2 实验条件温度:湿度:57%压力:101.965kPa2.3 实验操作步骤及方法要点21.按图2-14-2安装仪器。配制及标定浓度约为0.1moldm3的盐酸。加入少许甲基橙,使溶液呈红色。(实验时已配好)将超级恒温水浴温度调至25。用少许盐酸溶液润洗迁移管两次,而后在整个管中加满盐酸溶液。注意:切勿使管壁粘附气泡。将镉电极套管加满盐酸溶液(安装前检查镉电极,如果电极表面被氧化,用砂纸将电极氧化层打磨干净。银电极也需打磨,但是要用细砂纸),安装在迁移管的下部。迁移管垂直固定避免振荡,照图连接好线路,检查无误后,再开始实验。2.打开稳压稳流电源,选择开关
5、搬至稳压,调节电流在67mA之间。随着电解进行,阳极镉会不断溶解变为Cd2,由于H离子的迁移,出现清晰界面。当界面移动到第一个刻度时,立即打开秒表。此后,每隔一分钟记录时间及对应的电流值。每当界面移动至第二、第三等整数刻度的时候,记下相应的时间及对应的电流值,直到界面移动至第五个刻度(每刻度的间隔为0.1mL)。关闭电源开关,过数分钟后,观察界面变化。再打开电源,过数分钟后,再观察之。3.实验完成,用蒸馏水润洗迁移管。4.以上实验是电压恒定,通过测量电流随时间的变化来得到迁移数的。再用恒电流的方法重复上述实验。用电流恒定(I3mA)的方法,只需要记录电流值及界面迁移到整数刻度时(即0.1mL、
6、0.2mL.0.5mL)的时间即可。3 结果与讨论3.1 原始实验数据A)恒压条件下数据记录如下电压值为115V表1:恒压条件下实验数据记录t/sI/mAV/mL4.7410.0009283.2370.300604.6389603.2111204.51110203.1471804.36910803.1032404.23311403.0542674.1640.10012003.0063004.10012602.9633603.98813182.9180.4004203.88913202.9174803.79113802.8725403.70014402.8385743.6540.20015002
7、.8016003.61615602.7656603.53616202.7327203.46116802.6977803.39317402.6678403.32917552.6590.5009003.265并可得如下曲线:图1:恒压法曲线B)恒流条件下数据如下:表2:恒流条件下实验数据记录3.0033857843.0041175157119693.2计算的数据、结果A)恒电压法对曲线用origin积分求得相应时间段通过的电量Q,由刻度间的体积,通过公式求出H+离子传递的电量,再由求出离子迁移数结果如下表:表3恒压法实验结果Q/mC/mC0.100-0.400267-13183608.099289
8、4.5600.8022400.200-0.500574-17553628.2450.7977850.100-0.500267-17554823.6993859.4140.800094对表中取平均值得:平均迁移数=0.800040B)恒电流法取电流的平均值,计算总电量,再由体积计算H+离子传递的电量,求出离子迁移数 。表4恒流法实验结果385-15713562.3470.812543784-19693559.1440.813274385-19694757.5410.811220= 0.8123463.3讨论分析1、结果分析文献值:298.15K时0.1mol/L的HCl溶液的为:0.831相比之
9、下,实验值较文献值略小,恒压下误差为3.7%,恒流下为2.2%。误差原因可能有以下几点: 操作中计时、观测上的误差。用秒表计时读数时可能会有一定的时间滞后,同时观界面移动时也会有误差。 HCl浓度不准确。 温度变化影响粒子运动速率,从而影响离子迁移数。 电表测量值等其他仪器的误差。2、实验现象分析 实验中断开电源后一段时间,界面缓慢变模糊,之后再接通电源,界面又重新变清晰。原因如下:断开电源之后,由于扩散作用,溶液逐渐趋于均匀状态,界面变模糊,可以认为足够长时间后整个管中的液体将混合均匀呈浅红色。之后再接通电源时,离子发生定向移动,所以界面又重新变清晰。 恒压条件下电流在逐渐减小,原因是随着电
10、解的进行,很多H+生成H2,浓度减小,Cd+浓度增加,使得溶液的电阻增大,由于电压不变,故电流减小。 随着实验的进行,迁移管中的液体的红色逐渐变淡,并且阳极区逐渐变为透明。随着电解的进行,H+不断被消耗,从而酸性减弱,pH值升高,所以迁移管中液体的红色变淡,阳极区H+被还原为H2,并且由于迁移管细长的形态以及垂直放置时重力的作用,氢离子补充的速率小于还原反应的速率,浓度降低,pH上升,颜色变淡。3、实验步骤分析 观察迁移管内界面时,可将一张白纸夹在迁移管与铁架台的铁夹之间,方便观测。 加盐酸时应将盐酸举高于液面后再打开止水夹,注满后先关闭止水夹再放下盐酸。并且在过程中应注意要打开瓶塞。 迁移管
11、上部的管可防止溶液浓度变化对迁移管内液体造成影响,但要注意插入电极时不可过紧,否则生成的氢气无法排出。4 结论实验测得25下,0.1mol/L的HCl溶液的离子迁移数为:恒压法:0.800040恒流法:0.8123465 参考文献【1】贺德华,麻英,张连庆.基础物理化学实验M.北京.高等教育出版社, 2008.76-786 附录1、为什么会出现界面?为什么界面移动的速率就是氢离子迁移的速率?答:反应时氢离子上移,氯离子下移,Cd2+从电极进入溶液,使电中性得以保持。实验装置中,通电时,生成CdCl2,逐渐顶替HCl溶液,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,由于Cd2+淌度()较小且H+迁移走后的区域,Cd2+紧紧地跟上,离子的移动速度()是相等的。通过计算可得CdCl2溶液中电位梯度是较大的。2、实验中电流为什么会逐渐减小?随着电解的进行,很多H+生成H2,浓度减小,Cd+浓度增加,CdCl2溶液中电位梯度是较大的,使得溶液的电阻增大,由于电压不变,故电流减小。3、如何求得Cl离子的迁移数?由公式, 先求出,即可求出由于实验中阴离子只有氯离子,故求得的即为氯离子迁移数。Welcome ToDownload !欢迎您的下载,资料仅供参考!
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