电动势法测定硫酸铜的离子迁移数

孟德坤，周南，林世泉，周爱秋，林猛，张树永

山东大学化学与化工学院，济南 250100

1 引言

“离子迁移数的测定”是经典的物理化学教学实验。离子的迁移数可以通过实验直接获得，常用的测量方法有希托夫法、界面移动法和电动势法[1,2]。希托夫法原理简单，实验易于操作，高校实验多采用“希托夫法测定离子迁移数”[3]，而在实验过程中希托夫法受对流、扩散、震动等影响，易出现测量结果不准确，实验耗时久等缺点。界面移动法测量精度好，但对许多离子较难获得清晰的溶液界面，操作要求高[4]。电动势法具有快速获得较宽溶液浓度范围离子迁移数的特点。韩世钧及其合作者[5]通过改进Weingärtner等设计的电化学实验装置，成功测定了溴化钾在醇水溶液中的离子迁移数，并讨论了迁移数在混合溶液中的变化规律。电动势法测定离子迁移数需要分别组装有溶液接界和无溶液接界的浓差电池，实验仪器要求较高，而传统电池电动势的测定需要制备汞齐化的可逆电极，汞和亚汞离子的使用不仅对师生的健康造成危害而且会造成环境污染[6]，因此，利用电动势法测定离子迁移数的相关讨论及实验设计相对较少。

在部分物理化学实验教材中对电动势法测定离子迁移数进行了简单的讨论[3]。为了进一步拓展实验教学内容，提高学生对化学、物理等多学科领域知识的运用能力，本文利用大学物理化学教学实验中涉及的实验方法及测试手段，设计了以半透膜分隔溶液，铜棒为电极的浓差电池，通过对有/无液体接界的浓差电池电动势的测定，计算得到硫酸铜水溶液中离子的迁移数，以此增强学生对离子迁移数的认识以及实验设计与探索的能力。……