离子的电迁移率和迁移数课件.ppt

1、 设想在两个惰性电极之间有想象的平面AA和BB，将溶液分为阳极部、中部及阴极部三个部分。假定未通电前，各部均含有正、负离子各5 mol，分别用+、-号代替。设离子都是一价的，当通入 4 mol 电子的电量时，阳极上有 4 mol 负离子氧化，阴极上有 4 mol正离子还原。两电极间正、负离子要共同承担4 mol电子电量的运输任务。现在离子都是一价的，则离子运输电荷的数量只取决于离子迁移的速度。1设正、负离子迁移的速率相等，则导电任务各分担2 mol，在假想的AA，BB平面上各有2 mol正、负离子逆向通过。rr 当通电结束，阴、阳两极部溶液浓度 比原溶液各少了2 mol而中部溶液浓度不变。AA

2、BB阳极部中部阴极部阳极阳极阴极始态+4 molrr终态2设正离子迁移速率是负离子的三倍，则正离子导3 mol电量，负离子导1 mol电量。在假想的AA,BB平面上有3 mol正离子和1 mol负离子逆向通过。3rr 通电结束，阳极部正、负离子各少了3 mol，阴极部只各少了1 mol，而中部溶液浓度仍保持不变。AABB阳极部中部阴极部阳极阳极阴极始态+34 molrr终态离子电迁移的规律：1.向阴、阳两极迁移的正、负离子物质的量总和恰好等于通入溶液的总电量。()2.()QQrr (=(极部物质的量的正离子所传导的电量极部物质的量的正离子所传导的电量极部物质的量的负离子所传导的电量极部物质的量

3、的负离子所传导的电量正离子的迁移速率正离子的迁移速率负离子的迁移速负离子的迁移速减少减少率率阳阳阴减少阴减少 如果正、负离子荷电量不等，如果电极本身也发生反应，情况就要复杂一些。离子的电迁移率和迁移数离子在电场中运动的速率用公式表示为：电迁移率的数值与离子本性、电位梯度、溶剂性质、温度等因素有关，可以用界面移动法测量。d()dd()dErulErul为电位梯度d()dEl 离子的电迁移率又称为离子淌度(ionic mobility)，相当于单位电位梯度时离子迁移的速率 称为正、负离子的电迁移率,单位 。,uu211msV离子迁移数的定义 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（tr

4、ansference number）用符号 表示。Bt是量纲一的量，单位为1，数值上总小于1。Bt 由于正、负离子迁移的速率不同，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。BBdef ItI其定义式为：UUU迁移数在数值上还可表示为：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：ItIQQrrr 设相距为l、面积为A的两个平行惰性电极，左方接外电源负极，右方接正极，外加电压为E。在电极间充以电解质 的溶液，它的浓度为c(),解离度为 。M Nxy-3mol m离子的电迁移lrrESAASM N MNzzx

5、yxy 设正离子迁移速率为 ，单位时间向阴极方向通过任意截面 的物质的量为 ，所迁移的电量为 ，因为是单位时间，所以：rss()molcx Ar()cx Ar z F()QIcx Ar z Ft()QIcy Ar z Ft同理(1)ccxcy因为溶液是电中性的，所以xzyz ()IIIcx z A rr FIrutIrruu（，电场梯度相同）ddruEl()cy z A rr FIrutIrruu_trutru1Hittorf 法 在Hittorf迁移管中装入已知浓度的电解质溶液，接通稳压直流电源，这时电极上有反应发生，正、负离子分别向阴、阳两极迁移 小心放出阴极部（或阳极部）溶液，称重并进行

6、化学分析，根据输入的电量和极区浓度的变化，就可计算离子的迁移数。通电一段时间后，电极附近溶液浓度发生变化，中部基本不变离子迁移数的测定Hittorf 法中必须采集的数据：1.通入的电量，由库仑计中称重阴极质量的增加而得，例如，银库仑计中阴极上有0.0405 g Ag析出，14()0.0405 g/107.88 g mol3.754 10 mol n电2.电解前含某离子的物质的量n(起始）3.电解后含某离子的物质的量n(终了）4.写出电极上发生的反应，判断某离子浓度是增加了、减少了还是没有发生变化5.判断离子迁移的方向试求 和 的离子迁移数。2+Cu24SO例题：称重阴极部溶液质量为36.434

7、 g 在Hittorf 迁移管中，用Cu电极电解已知浓度的 溶液。通电一定时间后，串联在电路中的银库仑计阴极上有 析出。4CuSO0.0405 g Ag(s)4CuSO 1.1276 g据分析知，在通电前含4CuSO 1.1090 g在通电后含先求 的迁移数，以 为基本粒子，已知：2+Cu2+12Cu阴极上 还原，使 浓度下降2+Cu2+Cu2+1122CueCu(s)迁往阴极，迁移使阴极部 增加，2+Cu2+Cu()()()()nnnn终始迁电4()1.424 10 moln求得 迁2+()(Cu)0.38()ntn迁电24(SO)10.62tt 1142(CuSO)79.75 g molM

8、14()0.0405 g/107.88 g mol3.754 10 moln电12()=1.1276 g/79.75 g mol1.4139 10 moln始12()1.1090 g/79.75 g mol1.3906 10 moln终解法1：1(Ag)107.88 g molM解法2：先求 的迁移数，以 为基本粒子241SO224SO 阴极上 不发生反应，电解不会使阴极部 离子的浓度改变。电解时 迁向阳极，迁移使阴极部 减少。24SO24SO24SO24SO(nnn终）（始）迁）2-4(SO)0.62()ntn迁)电(moln-4迁)=2.33 1010.38tt 求得解法3：先求 的迁移数

9、，以 为基本粒子2+Cu2+Cu14()0.0405 g/(107.88 g mol)1.8771 1o20 m ln电14(CuSO)159.62 g molM已知 13()1.109 g/159.62 g mol6.9476 10 moln终13()1.1276 g/159.62 g mol7.0643 10 moln始()()()()nnnn终始迁电5()7.10 10 moln迁2+()(Cu)0.38()ntn迁电24(SO)10.62tt 解法4：()()()()nnnn终始电迁(2)阳极部先计算 迁移数，阳极部 不发生反应，迁入。24SO24SO24SO()()()nnn终始迁（

10、1）阳极部先计算 的迁移数，阳极部Cu氧化成 ，另外 是迁出的，2+Cu2+Cu2+Cu 如果分析的是阳极部的溶液，基本计算都相同，只是离子浓度变化的计算式不同。在界移法的左侧管中先放入 溶液至 面，然后小心加入HCl溶液，使 面清晰可见。2CdClaaaa2界面移动法 通电后 向上面负极移动，淌度比 小,随其后，使 界面向上移动,通电一段时间移动到 位置。bbaa+H2+Cd+H界移法比较精确，也可用来测离子的淌度。根据毛细管内径、液面移动的距离、溶液浓度及通入的电量，可以计算离子迁移数。毫安培计毫安培计开关开关电源电源可变电阻可变电阻电量计电量计PtbbaaHCl2CdClCd2界面移动法

11、界面移动法测定迁移数的装置界面移动法测定迁移数的装置毫安培计毫安培计开关开关电源电源可变电阻可变电阻电量计电量计PtbbaaHCl2CdClCd设毛细管半径为 ，截面积r2Ar 与 之间距离为 ，溶液体积 。aabblVl A 迁移的电量为 ，+HcVLz ez cVF+H的迁移数为：H Hz cVFItt所迁移的电量 通过的总电量 在这个体积范围内，迁移的数量为，HcVL3电动势法 在电动势测定应用中，如果测得液接电势值，就可计算离子的迁移数。以溶液界面两边都是相同的1-1价电解质为例，222H122HPt|H()|HCl()HCl()|H()|Pt|pmmp由于HCl浓度不同所产生液接电势 的计算式为jE1j212()ln (21)lnRTmEttFmRTmtFm已知 和 ，测定 ，就可得 和 的值（见下章）1m2mjEtt