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1、液相平衡硫氰酸铁III体系华南师范大学实验报告学生姓名招婉文学号 20172421075 专业化学师范年级、班级 17化教二班课程名称物理化学实验实验项目液相平衡 硫氰酸铁 (III)体系 实验类型验证设计综合试验时间 2019/4/23 实验指导老师林晓明老师实验评分液相平衡常数的测定【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络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。【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-离子的浓度增加时 , Fe3+离子与 SCN-离
2、子生成的络合物的组成发生如下的改变 , 而这些不同的络合物的溶液颜色也不同: Fe3+SCN-Fe(SCN)2+Fe(SCN)2+Fe(SCN)3Fe(SCN)4-Fe(SCN)52-而这些不同的络离子色调也不同。由下图可知, 当 Fe3+离子与浓度很低的SCN-离子( 一般应小于 510-3molL)时, 只进行如下反应 : Fe3+ + SCN- FeSCN2+ 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:(3-14) 由于 FeSCN2+就是带有颜色的 ,根据朗伯-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 , 借助于分光光度计测精品资料
3、 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 液相平衡硫氰酸铁III体系定平衡体系的消光值 , 从而计算出平衡时Fe3+与 SCN-的浓度 Fe3+的浓度 SCN-e, 根据式 3-14 一定温度下反应的平衡常数KC 可求之。实验配置 4 组不同 Fe3+起始浓度的反应溶液 , 其中第一组的 Fe3+浓度就是大量的, 使用分光光度计时 , 根据朗伯 - 比尔定律 : E1=KFeCNS2+1,e(K 为消光系数 ) 由于 1 号溶液中 Fe3+大量过量
4、 , 平衡时 CNS-与 Fe3+完全络合 , 对于一号溶液可认为 : FeCNS2+1,e=CNS-0 则: E1=KCNS-0 (3-15)对于其它溶液 , 则: Ei=KFeCNS2+i,e (3-16) 两式相除并整理得 FeCNS2+i,e=Ei/E1CNS-始达到平衡时 , 在体系中 : Fe3+i,e=Fe3+0- FeSCN2+i,e (3-17) CNS-i,e =CNS-0- FeSCN2+i,e (3-18) 将以上两式带入式3-14,可以计算出除第一组外各组(不同 Fe3+起始浓度 )反应溶液的在定问下的平衡常数Ki,e值。【仪器与试剂】1、实验仪器722 分光光度计1
5、 台容量瓶 (50mL) 8 个刻度移液管5mL1 支、 10mL2 支25mL 移液管50mL 酸式滴定管 1 支洗耳球洗瓶100mL 烧杯2、实验试剂精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 液相平衡硫氰酸铁III体系1、00810-3mol/L KSCN0、1001mol/L FeNH4(SO4)2 (需准确标定 Fe3+浓度, 并加 HNO3使溶液的 H+浓度为 0、1moldm-3)1mol/L HNO3(A、R) 1mol/L
6、KNO3(A、R) 【实验步骤】1、将超级恒温槽连接好。通入25的恒温水 ,放入分光光度计中。2、取 8 个 50mL 容量瓶 , 编号。按表 a 计算好所需 4 种溶液的用量。 (溶液的氢离子均为 0、15mol/L, 用 HNO3来调节 ; 溶液的离子强度均为0、7, 用 KNO3来调节)。表 a 所需用 4 中溶液的用量3、取四个标记好的 50mL容量瓶 , 按表 a 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 ( 该溶液为测消光值时的对比液 ), 并置于恒温槽中恒温。4、 再取另外 4 个标记好的 50mL容量瓶 , 按上表计算结果
7、, 将 4 种溶液分别取所需要的体积按编号加入 (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 )。5、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。【数据处理】项目容量瓶编号1 2 3 4 KCNS溶 液 (1 10-3mol/L) 取体积数 /ml 10 10 10 10 实际浓度/(mol/L) 210-4210-4210-4210-4Fe(NH4)(SO4)2(0、1mol/L, 其中含HNO3 0 、1mol/L) 所取体积 /ml 25 5 2、5 1 实际浓度
8、/(mol/L) 510-2110-2510-3210-3含 H+的数量/(mol/L) 2、510-3510-42、510-4110-4HNO3 溶液(1mol/L) 使反应体系H+=0、15mol/L 5 7 7、25 7、4 KNO3溶液(1mol/L) 使反应体系I =0、7 5 23 25、3 26、6 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 液相平衡硫氰酸铁III体系条件:室温: 24、2H+=0、15mol/L 总离子强度
9、I=0、7, 波长 =450nm 表 3-10 项目溶液编号5 6 7 8 消光值 Ei0、632 0、403 0、282 0、158 Ei/E11 0、638 0、446 0、250 FeSCN2+i,e=Ei/E1SCN-02、00 10-41、28 10-48、92 10-55、0010-5Fe3+i,e=Fe3+0-FeSCN2+i,e4、98 10-29、87 10-34、91 10-31、95 10-3SCN-i,e=SCN-0-FeSCN2+i,e0 7、20 10-51、11 10-41、5 10-4e, ie, i32cSCNFeFeSCNK180、12 165、15 170
10、、94 Kc 平均值172、07 文献参考值2为:140 相对误差为 :(172、07-140)/140=22、9% 【误差分析】本次测得的 Kc 平均值为 :172、07,相对误差为 22、9%,误差较大 ,可能就是由以下原因引起 : 不同溶液由不同的组员负责加入,每个组员在使用移液管移取溶液时,会存在人为误差。 浓度越高的号容量瓶测出的Kc 误差非常大 ,可能由于 Fe3+例子浓度高 ,溶液中发生了复杂的反应 ,e, ie, i32cSCNFeFeSCNK已经不适用。 在更换溶液时 , 没有认真洗干净比色皿 , 没有擦净玻璃面【提问与思考】1、 当 Fe3+、CNS-浓度较大时 , 能否用
11、式计算 FeSCN2+络离子生成的平衡常数？答:不能, 当CNS-浓度较大时 , 则FeCNS2+1,eCNS-0 , 所以E1KCNS-0, 因此等式 FeSCN2+i,e=Ei/E1SCN-0不成立。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 液相平衡硫氰酸铁III体系2、 平衡常数与反应物起始浓度有无关系？答:平衡常数与反应物的起始浓度无关。3、 测定 Kc 时,为什么要控制酸度与离子强度？答:由于 Fe3+离子在水溶液中 , 存在水解
12、平衡 , 所以 Fe3+离子与 SCN-离子的实际反应很复杂 , 其机理为 : 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。 另外, 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, 在各被测溶液中离子强度2iiZml21应保持一致。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？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,以消除误差。【参考文献】1 物理化学实验 , 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 、2G 、斯塔克 ,H、O 、华莱士著 , 杨厚昌译、化学数据手册M 、石油工业出版社,1980:93 、精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - - -