液相平衡常数的测定实验报告Word文档格式.doc
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一、实验目的
1.利用分光光度计测定低浓度下铁离子与硫氰酸根离子生成硫氰合铁离子平衡常数。
2.通过实验了解热力学平衡常数的数值与反应物起始浓度无关。
二、实验原理
Fe3+与SCN-在溶液中可生成一系列的络离子,并共存于同一个平衡体系中。
当SCN-的浓度增加时,Fe3+与SCN-生成的络合物的组成发生如下的改变,而这些不同的络离子的溶液颜色也不同。
Fe3++SCN-→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)3→Fe(SCN)4-→Fe(SCN)52-
由图3-12可知,Fe3+与浓度很低的SCN-(一般应小于5×
10-3mol/L)只进行如下反应。
Fe3++CNS2+=Fe[CNS]2+
[FeCNS2+]e
即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN2+。
其平衡常数表示为
cθ
θ
cθcθ
[Fe3+]e[CNS-]e
Kc=(3-14)
由于Fe[CNS]2+是带有颜色的,根据朗伯一比尔定律,消光值与溶液浓度成正比,实验时,只要在一定温度下,借助分光光度计测定平衡体系的消光值,从而计算出平衡时Fe[CNS]2+的浓度[FeCNS2+]e,进而再推算出平衡时Feo+和CNS-的浓度[Fe3+]e和[CNS-]e。
根据式(3-14)一定温度下反应的平衡常数Kc可求知。
实验时配置若干组(共4组)不同Fe3+起始浓度的反应溶液,其中第一组溶液的Fe3+是大量的,当用分光光度计测定反应液在定温下消光值Ei时(i为组数),根据朗伯-比尔定理
E1=K[FeCNS2+]l,e(K为消光系数)
由于1号溶液中Fe3+大量过量,平衡时CNS全部与Fe3+络合(下标O表示起始浓度),对一号溶液可认为
[FeCNS]i,e=[CNS-]0
则E1=K[CNS-]0
对其余组溶液Ei=K[FeCNS2+]i,e
Ei
E1
两式相除并整理得
[FeCNS2+]i,e=[CNS-]始
达到平衡时,在体系中
[Fe3+]i,e=[Fe3+]0-[FeCNS2+]i,e(3-17)
[CNS-]i,e=[CNS-]0-[FeCNS2+]i,e(3-18)
将式(3-17)和式(3-18)代入式(3-14),可以计算出除第1组外各组(不同Fe3+起始浓度)反应溶液的在定温下的平衡常数Ki,e值。
三、实验仪器与试剂
(1)实验仪器
721型(或722型)分光光度计1台超级恒温槽1台
50mL容量瓶8个l00mL烧杯(或锥瓶)4个
刻度移液管l0mL(2支)、5mL(1支)25mL移液管1支
50mL酸式滴定管1支吸球、洗瓶等
(2)实验试剂
1×
10-3mol/LKCNS(由A.R级KCNS配成,用AgNO3容量法准确标定)
0.1mol/LFe(NH4)(SO4)2由A.R级Fe(NH4)(SO4)2·
12H2O配成,并加入HNO3使溶液中的H+浓度达到0.1mol/L,Fe3+的浓度用EDTA容量法准确标定]
1mol/LHNO3(A.R)1mol/LKNO3(A.R)
四、实验步骤
①取8个50mL容量瓶,编好号,按表3-9提示的内容,计算好所需4种溶液的用量(注意,在这4个容量瓶中,溶液的氢离子均为0.15mol/L,用HNO3来凋节;
溶液的离子强度均为0.7,用KNO3来调节)。
表3-9所需用4种溶液的用量
项目
容量瓶编号
1
2
3
4
KCNS溶液(1×
10-3mol/L)
取体积数/mL
10
实际浓度/(mol/L)
2×
10-4
Fe(NH4)(SO4)2(0.1mol/L,其中含HNO30.1mol/L)
所取体积/mL
25
5
2.5
5×
10-2
1×
10-3
含H+的数量/(mol/L)
2.5×
HNO3溶液(1mol/L)
使反应体系[H+]=0.15mol/L
7
7.25
7.4
KNO3溶液(1mol/L)
使反应体系I=0.7
23
25.3
26.6
②取4个标记好的50mL容量瓶,按表3-9中计算结果,将除KSCN溶液外的三种溶液分别取所需的体积按编号加入,并用蒸馏水冲置刻度(该溶液为测消光值时的对比液)。
③再取另外4个标记好的50mL容量瓶,按表3-9中计算结果,将4种溶液分别取所需的体积按编号加入(KCNS溶液最后加),并用蒸馏水冲至刻度(该溶液为液相反应体系)。
④调整722分光光度计,将波长调至450nm,分别测定4组反应溶液的消光值。
每组溶液要重复测三次(更换溶液),取其平均值。
五、实验记录及数据处理
将所得数据填入表1。
条件:
室温24.9℃[H+]=0.15mol/L总离子强度I=0.7波长=450nm
表1实验数据记录表
样品编号
第一次
T%
17.7
31.8
42.9
62.6
A
0.752
0.498
0.371
0.204
第二次
17.5
32.1
42.6
62.7
0.756
0.494
0.366
0.202
第三次
31.6
62.4
0.757
0.500
0.205
平均值
17.6
42.8
0.755
0.497
0.369
表2数据处理结果记录表
项目
溶液编号
消光值Ei
Ei/E1
——
0.658
0.489
0.270
[FeCNS2+]i,e=Ei/E1[CNS-]0(mol/L)
1.32×
9.78×
10-5
5.40×
[Fe3+]i,e=[Fe3+]0-[FeCNS2+]i,e(mol/L)
9.868×
4.902×
1.946×
[CNS-]i,e=[CNS-]0-[FeCNS2+]i,e
6.80×
1.02×
1.46×
196.71
195.60
190.06
平均值
194.12
六、实验注意事项
1.使用分光光度计时,先接通电源,预热20min。
为了延长光电管的寿命,在不测定数值时,应打开暗盒盖。
2.使用比色皿时,应注意溶液不要装得太满,溶液约为80%即可。
并注意比色皿上白色箭头的方向,指向光路方向。
3.温度影响反应常数,实验时体系应始终要恒温。
4.实验用水最好是二次蒸馏水。
七、提问与思考
①当Fe3+、CNS-浓度较大时,能否用式(3-16)计算FeCNS2+络离子生成的平衡常数?
答:
不可以。
根据图3-12所显示的SCN-浓度对络合物组成的影响,Fe3+与浓度很低的SCN-(一般应小于5×
10-3mol/L)只进行Fe3++CNS-===Fe[CNS]2+的反应,但当Fe3+、SCN-浓度较大时,就不只是生成一配位的络离子,[FeCNS2+]1,e≠[CNS-],则E1≠K[CNS-]0故不能用式(3-16)计算。
②平衡常数与反应物起始浓度有无关系?
平衡常数与反应物起始浓度无关,只与温度有关。
③测定Kc时,为什么要控制酸度和离子强度?
由于Fe3++SCN-在水溶液中存在水解平衡,Fe3+与SCN-的实际反应很复杂,平衡常数受氢离子的影响,因此,实验只能在同一PH下进行,故而要控制酸度。
另外,本实验为离子平衡反应,离子强度对平衡有很大影响,所以,在各被测溶液中例子强度应保持一致,实验时,加入硝酸钾就是为了作为辅助介质,控制离子强度一致。
④测定消光度时,为什么需空白对比液?
怎么选择空白对比液?
除了Fe[CNS]2+在溶液中显色具有一定的吸光度外,其他试剂也是具有一定的吸光度的,因此在没有设置空白对比液的情况下,所得的吸光度会比准确值偏高。
因此必须使用除被测物质外其它组分完全一致的溶液作为空白对比液,在分光光度计中进行背景校正。
八、参考文献
[1]何广平,南俊民,孙艳辉等.物理化学实验[M].北京:
化学工业出版社,2007.89-92
[2]凌莫育,李星华,徐燕语.
怎样做好硫氰酸铁(Ⅲ)体系液相平衡实验[J].
华南师院学报自然科学版,1982,
(1):
144-148.
[3]陈龙武,陆嘉星等.
教材通讯[J].
华东师范大学,1990
(1):
35-36.
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