离子迁移数的测定

实验十二 离子迁移数的测定

1 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+2-2．测定CuSO4溶液中Cu和SO4的迁移数。

2 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+/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。

2+2-用希托夫法测定CuSO4溶液中Cu和SO4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，读取阳极区（或阴极区）溶液

2+2-的体积，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的Cu和SO4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+

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Cu在阴极上

2+

发生还原析出Cu，而在阳极上金属铜溶解生成Cu。

2+2+

对于阳极，通电时一方面阳极区有Cu迁移出，另一方面电极上Cu溶解生成Cu，因而有

n有

迁,Cu2qQn原始,2n阳极,2n电

CuCu2+

2+

对于阴极，通电时一方面阴极区有Cu迁移入，另一方面电极上Cu析出生成Cu，因而

n迁,Cu2qQ迁.n阴极,2n原始,2n电 CuCuCu，t2SO42tCu式中

2nn1tC2

u2+

电n迁,Cu2表示迁移出阳极区或迁入阴极区的Cu的量，

2+

n2+

原始,Cu2表示通电前阳

极区或阴极区所含Cu的量，通电后阴极区所含Cu的量。

2+

2+

n阳极,Cu2表示通电后阳极区所含Cu的量，

2+

n阴极,Cu2表示

n表示通电时阳极上Cu溶解（转变为Cu）的量，也等于铜电电量计阴极上Cu析出Cu的量，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。

1

（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。

本实验用硫代硫酸钠溶液滴定铜离子浓度。其反应机理如下：

- 2+

4I+ 2Cu = CuI↓ + I2

2- 2- -

I2 + 2S2O3= S4O6+ 2I

2+2-每1mol Cu消耗1mol S2O3。

3 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； 碱式滴定管(250mL)1只；碘量瓶(250mL)2只；移液管(20mL)3只；量筒（100ml）1个。

-1

KI溶液(10%)； 淀粉指示剂(0.5%)； 硫代硫酸钠溶液(0.5000mol.L)； 醋酸溶液-1-1

(1mol.L)； 硫酸铜溶液（0.5mol。L）

4 实验步骤

-1

1.取25 ml 0.5 mol。L硫酸铜溶液于250ml干净容量瓶中，稀释至刻度，得0.05 mol/L的CuSO4溶液。

2.水洗干净迁移管，然后用0.05 mol/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。

3.将铜电量计中阴极、阳极铜片取下，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。 4.连接好迁移管，离子迁移数测定仪和铜电量计。

5.接通电源，调节电流强度为不超过10mA，连续通电90min。

-1

6.取5ml 0.5000 mol。LNa2S2O3溶液于50ml干净容量瓶中，稀释至刻度，得0.0500 mol/L的Na2S2O3溶液。

7.通电前CuSO4溶液的滴定

用移液管从250ml容量瓶中移取10 mL 0.05mol/L的CuSO4溶液于碘量瓶中，加入5mL 1 mol/L的HAc溶液，加入3mL 10%的KI溶液，塞好瓶盖，振荡，置暗处5-10min，以0.0500 mol/L

2

的Na2S2O3标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，然后加入1mL淀粉指示剂，继续滴定至蓝色恰好消失（乳白色），记录消耗的Na2S2O3标准溶液体积。 8.通电后CuSO4溶液的滴定

停止通电后，关闭活塞12，分别测量阴、阳极区CuSO4溶液的体积，并分别移取10ml阴、阳极区CuSO4溶液，用Na2S2O3标准溶液滴定，分别记录消耗的Na2S2O3标准溶液体积。

9. 将铜电量计中阴极、阳极铜片取下，用蒸馏水洗净，用乙醇淋洗并吹干，在分析天平上称重。 5 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。因此，停止通电后，必须先关闭活塞12，然后才能测量阴、阳极区CuSO4溶液的体积。

4.阴、阳极区CuSO4溶液的浓度差别很小，为了避免误差，宜分别用干净的移液管直接移取通电后的阴、阳极区CuSO4溶液进行滴定，测量体积时将用于滴定的体积数计算在内。 5.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。

6 数据处理 1.数据记录 室温（℃） 电流强度（mA） 铜片1 库仑计铜片质量（g） 通电前 CuSO4溶液的体积(ml) Na2S2O3原液浓度（mol/L） 试样体积2+Cu浓度滴定 （ml） 通电前 左侧电极区 右侧电极区 左侧 滴定前Na2S2O3标准溶液读数（ml） 滴定后Na2S2O3标准溶液读数（ml） 消耗Na2S2O3标准溶液体积（ml） 通电后 右侧 Cu浓度（mol/L） 2+ 通电时间（min） 铜片2 通电前 通电后 Na2S2O3标准溶液浓度（mol/L） 2.判断铜片1、铜片2哪片是阳极、阴极？判断左侧电极区、右侧电极区哪侧是阳极区、阴

极区？

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

2+2-4.计算Cu和SO4的迁移数。

7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？

-1-1-3．0。1mol.LKCl和0。1 mol.LNaCl中的Cl迁移数是否相同？

2+

4．如以阳极区电解质溶液的质量计算t（Cu），应如何进行？

3