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。

沒有變化損失 莫爾 陽離子增加 莫爾 陽離子

氧化一莫爾的

沒有變化增加 莫爾 陽離子

還原一莫爾的

損失 莫爾 陽離子

中間區域陰極區域陽極區域

沒有變化損失 莫爾 陽離子增加 莫爾 陽離子

氧化一莫爾的

沒有變化增加 莫爾 陽離子

還原一莫爾的

損失 莫爾 陽離子

中間區域陰極區域陽極區域

t─t─

t┼t┼

A─ A─A─

A─

M ┼ M ┼M ┼

M ┼

t─t─

t┼t┼

A─ A─A─

A─

M ┼ M ┼M ┼

M ┼

上圖是在理想的情況下，但本次實驗用 AgNO3

在陰極

+e Ag在陽極

不解離 ( 由陽極的 Ag 解離成 + e )( 仍往陽極移動 )因此陰極 AgNO3 濃度減少而陽極 AgNO3 濃度增

加

Ag

3NO Ag

3NO

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：

遷移：

eaHpH )()(2

112

PtpHaHClaHClpHPt |)(|)(|)(|)(| 2212 21 aa

)(2

1)( 22 pHeaH

)()( 21 aHtaHt

)()( 12 aCltaClt

總反應式：

　→代入 Nernst equation

由上式，搭配量測所得的電位差，計算出遷移數。

t

ClH

t

ClH

aa

aa

zF

RTEE

])()[(

])()[(ln

22

11

)()()()()()( 112221 aCltaHaHtaCltaHaHt

)]()([)]()([ 1122 aClaHtaClaHt

移動率與電流

I : 電流 Q : 電量 t : 時間 Z : 離子電荷數 F : 法拉第常數 μ : 離子移動率 V : 電壓

VFZt

QI

Formula首先由庫倫定律可知

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

ItQ

VFZQ/tI

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

dVE

dEZFnIEv

Evd

vZFnt

ZFntQI

vdtt

ZFntQI

距離電壓

代入上式

/

/

/

/

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

2d

VFZnI

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 VTOT ，而水電量計進行的是電解水。

故可由 PV = nRT 來推得 nH2 (VH2 、 R 、 T 、 P 均已知 )又因為：

故可以得到 QTOT 之值。

2222

22

;1:2:3

1

3

2

2

1222

HOHOH

OHTOT

nnVV

VVVOHOH

322 NOAgHHTOT QQZnQ

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。

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。

...,

,

.,

(s)33

)(:

))Vc(C

(

)(:

? C

:AgNO3

KClAgClKNOAgNOKCl

)A0.223V(

3

3

3

3 33

CathCathinitAgNOTOT

nninitAgNOanode

anodeinitAgNOanodeTOTAg

AgNOAgNOAgNOKClKCl

VCCQQAgcathodefor

ZoncZnQC

AganodeanodeAg

VCCQQanodefor

CVCV

gCl

；升高側的移動，使會向

之體積可測知與濃度和體積，且又之還原電位位為在達到滴定終點時之電

C

V Anode 陽極取出之溶液體積陰極取出的溶液體積； CathodeV之溶液濃度起始中間陽極溶液之濃度陰極溶液之濃度；

陽極所取出之溶液體積；陰極所取出之溶液體積

)(C

CC

V

,A

Anode.C

Anode

.

3

MiddleinitgNO

ath

Cath

C

V

陽極處陽離子當量數減少量

陰極處陰離子當量數減少量

t

t

v

v

•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

t ┼=I ┼

I ┼+ I ─

IIIt

再由之前的公式來計算出 t+ (或 t Ag+ , 銀離子的遷移數 ) ：

最後再由上式推出 t - 。

AgNONOAg

TOT

Ag

NOAg

AgAg

tttt

Q

Q

QQ

Qt

11 33

3

又

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%2

0Electrolyte.htm

http://www.resonance-ed.com/en/catalog/itm340/

圖片自行拍攝