Transcript 離子移動率V : 電壓
實驗六 ： 以希特夫法測離子遷移數 組員: 49812041 柯承佑 目的、原理 49812031 羅世謙 藥品儀器、實驗步驟 49812071 郭淳旻 數據處理 目的: 利用希特夫法電解質離子所攜帶電流佔全部電 流的比例值的原理，來電解消酸銀水溶液測“銀” 離子之遷移數。 原理: 因溶液導電需要由離子傳遞電流，但由於陰陽 離子因大小不同、離子之間複雜作用力等因素， 造成移動速率不同而使攜帶電流比例不盡相同。 因此定義離子遷移數來表示各離子對導電度的 貢獻。 測量遷移速的方法有: 1.希特夫法(Hittorf Method) 2.介面移動法(Moving boundary Method) 3.電動式法(Electromotive Force Method) 一.希特夫法(Hittorf Method): 一種測定離子遷移率之方法，將電解池通 以一定量的電流，再利用簡單儀器測定， 使兩極之濃度因反應而有明顯的變化後， 停止電流，並量取兩極及中間之溶液，以 分析其含量的變化，而求出離子遷移率。 陽極區域 M┼ 損失 t ┼ 莫爾 M ┼ 陽離子 陰極區域 增加 t ┼ 莫爾 M ┼ 陽離子 中間區域 沒有變化 還原一莫爾的 M ┼ A ─ 增加 t 莫爾 ─ 陽離子 A ─ 氧化一莫爾的 A─ 損失 t ─ 莫爾 A─陽離子 沒有變化 上圖是在理想的情況下，但本次實驗用AgNO3 在陰極 Ag +e Ag 在陽極 NO3 不解離(由陽極的Ag解離成 Ag + e ) ( NO3 仍往陽極移動) 因此陰極AgNO3濃度減少而陽極AgNO3濃度增加 二.介面移動法(Moving boundary Method) 三.電動勢法 使用濃差電池，量測陰極和陽極的電位差後以Nernst方程式計算 遷移數。 陽極： 陰極： Pt | H 2 ( p) | HCl(a1 ) | HCl(a2 ) | H 2 ( p) | Pt a1 a2 遷移： 1 H 2 ( p) 2 1 H 2 ( p) H (a1 ) e 2 H ( a2 ) e t H (a1 ) t H (a2 ) tCl (a2 ) tCl (a1 ) 總反應式： →代入Nernst equation t H (a1 ) H (a2 ) tCl (a2 ) t H (a2 ) H (a1 ) tCl (a1 ) t [ H (a2 ) Cl (a2 )] t [ H (a1 ) Cl (a1 )] 由上式，搭配量測所得的電位差，計算出遷移數。 [(aH )1 (aCl )1 ]t RT E E ln zF [(aH ) 2 (aCl ) 2 ]t 移動率與電流 Q I Z F V t I : 電流 t : 時間 F : 法拉第常數 V : 電壓 Q : 電量 Z : 離子電荷數 μ :離子移動率 Formula 首先由庫倫定律可知 Q It I Q/t Z F V 離子電流=離子電荷數x法拉第數x離子移動率x 兩電極之間電壓 Z : 離子電荷數 V : 兩電極之間的電壓 F : 法拉第數 μ : 離子移動率 μ (離子移動率) : 定義為在電場強度下移動 速率v之間的關係，表示成 v/E I Q / t nFt Z t d /v I Q / t nFt Z nF Z v d v/E nF Z E v E 代入上式 I d 電壓 E V 距離 d V I n Z F 2 d E=電壓/距離= n=mole數 Z=電荷數 F=法拉第數 μ =離子移動率 V=兩電極間的電壓 儀器： 電解槽 ： 水電量計： POWER： 三用電表： 裝置圖： 藥品： 0.1M KCl溶液 250mL 作為標準滴定液 M=74.551 D=1.987 Mp:776 ℃ (1.8638克KCl/250mL H2O) 0.1M AgNO3溶液 500mL 電解液 M=169.88 D=4.35 Mp:212℃ Bp:444℃ (8.494克AgNO3/500mL H2O) 適量NaOH 水電量計之溶液 M=39.9971 D=2.1 Mp:318℃ Bp:1388℃ 實驗步驟： 1.配置0.1M KCl 溶液 250mL。 2.配置0.1M的AgNO3 溶液 500mL。 3.用R.O水清洗電解槽、水電量計。 4.將0.1M之AgNO3溶液裝入電解槽。 5.將0.1M之NaOH 100mL溶液裝水電量計。 6.電解槽、水電量計中不能有氣泡，並調整水電 量計的水柱刻度至定點與平衡管中壓力。 (溶液倒入電解槽和水電量計中，應該要沿著管壁 緩緩倒入，才不會產生氣泡堵塞。) 7.打開POWER且開始電解，緩緩增加電壓，但是 不可以讓電解槽產生氣泡。(I=4mA) (氣泡產生表示電解槽的H2O被電解。) 8.當水電量計中有氣體產生約6mL左右的體積就 可停止電解，關掉POWER並記錄水柱刻度。 9.由電解槽下方之活栓分別取出陰極、陽極和中 間部分的電解液，用量筒記錄體積。 10.分別取10~20mL電解液用KCl滴定，算出其濃 度。 (所量取的體積要精確的記綠，滴定終點的電極電 位大約0.223V。) 11.每個部分滴定一次即可。 Result And Data Processing 由水電量計可測得氣體之總體積為V 計進行的是電解水。 TOT ，而水電量 1 2 1 H 2O H 2 O 2 VTOT VH 2 VO 2 2 3 3 VH 2 : VO 2 2 : 1; nH 2 O nH 2 故可由PV = nRT來推得n (V 、R、T、 P 均已知) 又因為： H2 H2 QTOT 2nH 2 ZH QAg QNO3 故可以得到Q 之值。 TOT 而在滴定結束後，計算陰極(Cathode)跟陽極(Anode) 之銀離子增加或減少的濃度，再與中央的做比較。 在達到滴定終點時之電位為0.223V( AgCl之還原電位) 又 KCl AgNO3 KNO3 AgCl(s)，且KCl濃度和體積 與AgNO3之體積可測知: CKCl VKCl CAgNO 3 VAgNO 3 CAgNO 3 ? for anode: QAg QTOT (Canode CAgNO 3, init.) Vanode ( Ag 會向anode移動，使anode側的 Ag 升高 Canode CAgNO 3, init；Q n Zn (conc V) Zn) for cathode: QAg QTOT (CAgNO 3, init. CCath.) VCath. 由上式可以推出在陰極(Cathode)增加的陽離子(銀離子) 的量與在陽極(Anode)減少的陽離子的量。 VCath. 陰極所取出之溶液體積； VAnode 陽極所取出之溶液體積 CCath. 陰極溶液之濃度；CAnode 陽極溶液之濃度 CAgNO 3, init CMiddle 中間(起始)之溶液濃度 •離子遷移數的定義是各離子物種所攜帶的 電流佔全部的比例 I┼ t ┼= I ┼+ I ─ I t I I 陽極處陽離子當量數減少量 陰極處陰離子當量數減少量 v t v t 再由之前的公式來計算出 t+ (或 t Ag , 銀離子的遷移數)： + QAg QAg tAg QAg QNO 3 QTOT 又 tAg tNO 3 1 tNO 3 1 tAg 最後再由上式推出 t -。 資料來源: Ibp塑網 http://wiki.ibuyplastic.com/index.php?title=%E5%B8%8C%E7 %89%B9%E5%A4%AB%E6%B3%95&variant=zh-tw http://www.docin.com/p-43802414.html http://222.33.46.108/wlhx1/jiaoan/Chapter%207The%20Elect rolyte.htm http://www.resonance-ed.com/en/catalog/itm340/ 圖片自行拍攝