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液相反应平衡常数.docx

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    • 华南师范大学实验报告课程名称 物理化学实验 实验项目液相反应平衡常数的测定实验类型 ■验证□设计□综合 实验时间 2013年11月迟日实验指导老师 林晓明老师 实验评分 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液相 反应的平衡常数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+离子与SCN-离子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-离子的浓度增加时,Fe3+离子与SCN-离子生成的络合物的组成发 生如下的改变:Fe3++SCN-f Fe(SCN) 2+一Fe(SCN) + -Fe(SCN) -Fe(SCN) -—Fe(SCN) 2-2 3 4 5而这些不同的络离子色调也不同由图III-11-2可知,当Fe3+离子与浓度很 低的SCN-离子(一般应小于5 X 10-3mol・L)时,只进行如下反应:Fe3+ + SCN-FeSCN2+■Jr[9CKJ・$髦£丽H娶柿即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN3+络离子其平衡常数表示为:[吨7沪][F 尹]SCW根据朗伯-比尔定律,可知光密度与溶液浓度成正比。

      因此,可借助于分光 光度计测定其光密度,从而计算出平衡时FeSCN2+络离子的浓度以及Fe3+离子和 SCN-离子的浓度,进而求出该反应的平衡常数KC实验分为4组,不同组的Fe3+浓度不同,其中第一组的浓度极大,使用分光光度计时,根据朗伯-比尔定律E=K[FeCNS2+] (K为消光系数)1 1,e由于1号溶液中Fe3+浓度极大,平衡时CNS-与Fe3+完全络合,对于一号溶液可认为[FeCNS2+] =[CNS-]则E =K[CNS-]对于其它溶液,则E =K[FeCNS2+] 两式1,e 0 1 0 i 1,e相除并整理得[FeCNS2+] =E /E [CNS-]1,e 1 1 0三、仪器与药品1、仪器722型分光光度计1台;50mL容量瓶8只;100mL烧杯4个;刻度移液管10mL2支5mL1支;25移液管1支;50mL酸式滴定管1支;洗耳球、洗瓶等2、试剂lX10-3mol・L KSCN(分析纯配置,需准确标定);O.lmol ・LFeNH (SO )(需准确标定Fe3+浓度,并加HNO使H+浓度O.lmol・L);4 4 2 31mol・LHNO ; 1mol・LKNO (试剂均用分析纯配制)3 3四、实验步骤 1、取8个50ml容量瓶,按照下表编号,并按下表配置溶液并进行定容。

      注意:溶液的氢离子均为0.15mol/L,用HNO3调节;溶液的离子强度均为0.7, 用kno3来调节)项目容量瓶编号12341X10-3mol/LKCNS取体积数/mL10101010实际浓度/ (mol/L)0.00020.00020.00020.0002Fe(NH4)(SO4)2取体积数/mL2552.51实际浓度/ (mol/L)0.050.010.0050.002氢离子数量/ (mol/L)0.00250.00050.000250.00011mol/LHNO3使反应体系H+=0.15mol/L577.257.41mol/LKNO3使反应体系1=0.752325.326.62、 取4个标记号的50ml容量瓶,按表计算结果,将除KSCN溶液外的三种溶液 分别取所需的体积按编号加入,并用蒸馏水冲至刻度(该溶液为测消光值的对比 液)并置于恒温槽中恒温3、 再取4个标记号的50ml容量瓶,按表计算结果,将4种溶液分别取所需的体 积按编号加入(KSCN溶液最后加),并用蒸馏水冲至刻度(该溶液为液相反应 体系)并置于恒温槽中恒温4、 调整722型分光光度计,将其波长调至450nm,分别测定四组的消光值(吸 光度),每组数字重复测量三次(更换溶液),取平均值。

      五、 数据记录(见后页附表)六、 数据处理与讨论条件:恒温 °C 氢离子浓度0.15mol/L总离子强度1=0.7波长久=450nm项目1#2#3#4#消光度E1 (平均)0.6270.4030.2830.147Ei/El0.6430.4510.234[FeCNS2+]i,e1.286x10-40.902x10-40.468x10-4[Fe3+]i,e9.871x10-34.9098x10-31.953x10-3[CNS-].i,e0.714x10-41.098x10-41.532x10-4Kc1.825x1021.673x1021.564x102Kc平均值1.687x102相对误差(%)8.18-0.83-7.29实验讨论:通过实验数据,在不同浓度的溶液下,[Fe3+]与[CNS-]在水溶液中生[FeCNS2+] 反应的平衡常数基本维持于168.7附近,相对误差较少,处于可以接受范围内 与参考文献数值K=1.9953 (lgK1=2.3北师大无机化学4版附录)接近,总体符 合实验要求七、提问与思考1、 当 Fe3+与 CNS-浓度较大时,能否用式[FeCNS2+] =E /E [CNS-]计算[FeCNS2+]络1,e 1 1 0离子生成的平衡常数?答:当[Fe3+]与[CNS-]浓度较大时,将不再能够用公式[FeCNS2+] =E /E [CNS-]1,e 1 1 0计算[FeCNS2+]反应的平衡常数,因为当[CNS-]浓度较大时,则[FeCNS2+] H [CNS-]1,e 0则E HK[CNS-],因此该等式将不再成立。

      1 02、 平衡常数与反应物起始浓度有无关系?答:经实验验证结果,平衡常数与反应各个时候的浓度均无关系3、测定KC时,为什么要控制酸度和离子强度?答:由于Fe3+离子在水溶液中,存在水解平衡,所以Fe3+离子与SCN-离子 的实际反应很复杂,其机理为:十 SCX- FeSCN-+F0 4 您亠 •严 + IT (快)Fe(OM)s+ + SCN"当达到平衡时,整理得到由上式可见,平衡常数受氢离子的影响因此,实验只能在同一 pH值下进行本实验为离子平衡反应,离子强度必然对平衡常数有很大影响所以,在各被测I — —'V'稍厂溶液中离子强度 宀应保持一致4、测定消光度是,为什么需空白对比度?怎么选择空白对比液?答:为了消除除了测量物质外溶剂中有其它吸光物质对该波长的光有吸收而 造成误差,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722型分光光度计中进行调100设置,确保抵消误差八、参考文献1、 《基础化学实验•物理化学实验》,第1版,华南师范大学化学实验教学中心 组织编写,化学工业出版社2、 《北师大无机化学》第4版附录,北京师范大学等编,高等教育出版社。

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