华 南 师 范 大 学 实 验 报 告

学生姓名                        学    号                                

专    业                        年级、班级                              

课程名称                        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       年     月      日

实验指导老师                    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^-→Fe(SCN)²⁺→Fe(SCN)₂⁺ →Fe(SCN)₃

            →Fe(SCN)₄^-→Fe(SCN)₅^2-

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5×10^-3mol·L)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：

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K_C。

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E₁=K[FeCNS²⁺]_1,e(K为消光系数)

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⁺]_1,e=[CNS^-]₀ 则E₁=K[CNS^-]₀对于其它溶液，则E_i=K[FeCNS²⁺]_1,e 两式相除并整理得[FeCNS²⁺]_1,e=E₁/E₁[CNS^-]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

1×10^-3mol·L KSCN(分析纯配置，需准确标定)；

0.1mol·LFeNH₄(SO₄)₂(需准确标定Fe³⁺浓度，并加HNO₃使H+浓度0.1mol·L)；1mol·LHNO₃；1mol·LKNO₃(试剂均用分析纯配制)

四、实验步骤

1、取8个容量瓶，按照下表编号，并按下表配置溶液并进行定容。

2、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

六、数据处理与讨论

条件：恒温27.1℃  氢离子浓度0.15mol/L  总离子强度I=0.7  波长λ=450nm

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186附近，相对误差非常少，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，将不再能够用公式[FeCNS²⁺]_1,e=E₁/E₁[CNS^-]₀计算[FeCNS²⁺]反应的平衡常数，因为当[CNS^-]浓度较大时，则[FeCNS²⁺]_1,e≠[CNS^-]₀ 则E₁≠K[CNS^-]₀，因此该等式将不再成立。

2、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、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：  

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，在各被测溶液中离子强度 应保持一致。

4、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

第二篇：6液相反应平衡常数的测定实验报告

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告

学生姓名                      学    号                           

专    业      化学(师范)       年级、班级                            

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        年      月      日

实验指导老师     孙艳辉        实验评分                          

【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与反应物的起始浓度无关。

【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^-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)₅^2-

    由图3-12可知，Fe³⁺与浓度很低的SCN^-（一般应小于5×10^-3 mol/L）只进行如下反应。

Fe³⁺ +CNS²⁺＝Fe[CNS]²⁺

即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN²⁺。其平衡常数表示为

 

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E_i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               E_i ＝K[FeCNS²⁺]_i,e

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K_i，e值。

【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/L KCNS(由A.R级KCNS配成，用AgNO₃容量法准确标定）

    0.1mol/L Fe(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/L  HNO₃ (A.R)                1 mol/L  KNO₃（A.R）

【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

    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。

【数据处理】

将所得数据填入表1。

条件：室温 26.5 ℃       湿度59.0%          大气压1018.1Hpa 

[H⁺]＝0.15mol/L    总离子强度I＝0.7    波长＝450nm

表1  实验数据记录表

表2  数据处理结果记录表

【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：当Fe³⁺、CNS^-浓度较大时，Fe³⁺与CNS^-生成的络合物组成复杂，而这些不同的络离子的溶液颜色也不同。

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？

答：平衡常数受氢离子的影响，因此，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，实验时，应加硝酸钾作为辅助介质，降低离子浓度。

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：因为溶液也有吸光度，而且溶液的吸光度会随着波长变化。如果不用空白溶液校正，扣去溶液的吸光度，会有较大误差。一般选用标准溶液或蒸馏水作为空白对比液。