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實驗六 ： 以希特夫法測離子遷移數 組員: 49912039 陳冠宇 49912054 劉幸豪 49912047 傅均溢 目的、原理 藥品儀器、實驗步驟 數據處理 Purpose • 了解何謂離子遷移數 • 以希特夫法來測量硝酸銀水溶液中 銀離子的遷移數 Theory 電解 溶劑性質的 不同 微觀 電荷數、半 徑大小 內電路(離 子) 巨觀 電荷平衡 離子移動率：離子於單位電場內的移動速率 MA ⇄M++A- 庫倫定律 I : 電流 Q : 電量 t : 時間 Z : 離子電荷數 F : 法拉第常數 u :移動率 V : 電壓 • 離子遷移數：為了區分個別離子對電流的 貢獻，而定義各離子所攜帶電流占全部電 流的比例 。 利用庫倫定律 ∵I=Q/t ∵I=Z∙F∙u∙V 測量遷移數的方法 • 希特夫法(Hittorf Method) • 界面移動法(Moving boundary Method) • 電動勢法(Electromotive Force Method 希特夫法(Hittorf Method) 陽極區 陰極區 中間區 損失 t+ mole M+ 增加 t+ mole M+ 沒有變化 增加 t- mole A- 損失 t- mole A- 沒有變化 Instrument Reagent Procedure 藥品 AgNO3晶體粉末 > 0.1M ,500ml KCl晶體粉末 > 0.1M ,250ml NaOH > 0.1M 100ml (水當量計之電解液用) 儀器 • • • • • • • 直流電源供應器(最大約80V) 一組玻璃電極 三用電表(測定電極電位) 磁攪拌器+攪拌子 電解槽 水當量計 量筒 儀器裝置圖 電解槽 電源供應器 水當量計 實驗步驟 1.用蒸餾水溶液沖洗電解槽和水電量計。 2.將0.1M AgNO3溶液裝入電解槽和將0.1M NaOH 100ml溶液裝入水電量計中，後調整水電量計 的水柱刻度於定點,並平衡管中壓力。 注意:水電量計中不可有氣泡! 3.打開電源開關，旋轉“調壓旋鈕”，加高電壓 但注意不可太高 (太高導致電解槽水解產生氣 泡)，此時電流約4mA。 實驗步驟 4.等水電量計有足夠的氣體產生後(約6ml左 右)停止電解,關掉電源,此時記錄水電量計水 柱部分刻度。 5.從下方活栓取出陽極以及陰極部份及中間 溶液部份的電解液並以量筒記錄其體積。 分別取約10~20ml溶液(要精確的記錄其體 積)以KCl滴定並計算其濃度 注意:終點電極電位約0.223V Data processing 計算輸入的總電量 Qtotal 由水電量計電解水可測得氣體之總體積為VTOT 並從H2O H2+ O2 可得知VTOT = VH2 + VO2 故可將VH2 代入PV=nRT中推得nH2( VH2 、R 、T 、P已知 ) 在將nH2代入: Qtotal 2nH 2 ZH QAg QNO3 可求得 Qtotal 2n 計算陽離子負擔電量 QAg 在滴定結束後，計算陰極(Cathode)跟陽極(Anode) 銀離子增加或減少的濃度，再與中央的做比較。 又 KCl+AgNO3 KNO3+AgCl 實驗中可得知 VAgNO3和 VKCl和 CKCl 故可帶入CKCl × VKCl =CAgNO3× VAgNO3 CAgNO3 = CKCl × VKCl VAgNO3 求出電極之AgNO3濃度 接著將算出電極中AgNO3濃度帶入下述公式 For anode: QAg = Qtotal - ( Canode - CAgNO3 ,initial) 因陽極淨增加 t-莫耳的AgNO3 ,使陽極的濃度較高 故Canode ＞ CAgNO3 ,initial For cathode : QAg = Qtotal - ( CAgNO3 ,initial - Ccathode ) 因陰極淨損失t-莫耳的AgNO3 ,使陰極的濃度較低 故Ccathode ＜ CAgNO3 ,initial 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。 計算離子遷移數 利用 tAg QAg QAg QAg QNO 3 Qtotal 代入前面所計算之陽離子電量 QAg 和總電量 Qtotal 可得陽離子遷移數 tAg 又 tAg tNO 3 1 故可得出陰離子遷移數 tNO 3 1 tAg 資料來源: 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%20 Electrolyte.htm http://www.resonance-ed.com/en/catalog/itm340/ 圖片自行拍攝