液相反应平衡常数的测定

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实验类型1验证2设计1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)52-而这些不同的络离子颜色也不同。由上图可知，当Fe3+离子与浓度很低的SCN-离子(一般应小于5×10-3mol·dm-3)时，只进行如下反应：Fe3++SCN-≒Fe(SCN)2+即反应被控制在仅仅生成最简单的Fe(SCN)2+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KC。由于1号溶液中Fe3+大量过量，平衡SCN-全部和Fe3+络合（下标0表示起始浓度），对一号溶液可认为21,eFeSCN=SCN0,则1EKSCN0对其余组溶液2,iieEKFeSCN两式相除并整理得20,1[]iieEFeSCNSCNE达到平衡时，在体系中332,0,[][][]eieeeieFFFSCN32,0,[][][]ieeeieSCNFFSCN故由以上各式即可计算出(除第1组外)各组反应溶液的在定温下的平衡常数,ieK值。三、仪器与试剂(1)实验仪器（2）实验试剂1×10-3mol/LKSCN(由A.R级KCNS配成，需用AgNO3容量法准确标定)；0.1mol/LFe（NH4)(SO4)2(需用EDTA容量法准确标定Fe3+浓度，并加HNO3使溶液的H+浓度为0.1mol/L)；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1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来调节；溶液的离子强度均为0.7，用KNO3来调节）。表1所需用4种溶液的用量项目容量瓶编号1234KSCN溶液（1×10-3mol/L）取体积数/mL10101010实际浓度/（mol/L）2×10-42×10-42×10-42×10-4Fe（NH4）（SO4)2（0.1mol/L，其中含HNO30.1mol/L）取体积数/mL2552.51实际浓度/（mol/L）5×10-21×10-23×10-32×10-3含H+的数量/（mol/L）2.5×10-35×10-42.5×10-41×10-4HNO3溶液（1mol/L）使反应体系[H+]=0.15mol/L577.257.4KNO3溶液（1mol/L）使反应体系I=0.752325.326.6722型可见光分光光度计1台50mL容量瓶8个刻度移液管10mL（2支）、5mL（1支）50mL酸式滴定管1支超级恒温槽1台100mL烧杯（或锥瓶）4个25mL移液管1支吸球、洗瓶等2、取4个标记好的50mL容量瓶，按表1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。3、再取另外4个标记好的50mL容量瓶，按表1中计算结果，将四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。（每更换一次待测液，应调零一次）(1)仪器的预热：打开仪器开关，仪器将自动进入准确测量模式，将仪器预热15min后即可进行测量。（2）调节波长：旋转波长旋钮，使波长显示窗示数为测量波长。（3）仪器的调整（调100%，调0%）：将空白溶液和挡光块放入样品池，并管好样品室门。将空白溶液；拉入光路，按100%键进行自动调节，待液晶显示T值为100%时表示已调整100%完毕；再将挡光块拉入光路，观察T值是否显示为0，如不是则按0%键调0%；如此反复两次，完成仪器的调整。（4）样品的测试：将样品放入样品池，将其拉入光路中，此时所显示的T和A值便是样品的透光率和吸光度值。五、数据处理将测得的数据，填于下表。条件：24.8℃H=0.15mol/L总离子强度I=0.7波长=450nm项目溶液编号1234消光值iE0.6270.4010.2830.1491/EEi1.0000.6400.4510.2380,2eCNSECNSFiei2×10-41.279×10-49.027×10-54.753×10-5eiiFeCNSFeF,203e,3e4.980×10-29.872×10-34.910×10-31.952×10-3eieiFeCNSCNSCNS,20,07.209×10-51.097×10-41.525×10-4eieieiCNSFeFeCNSK,,3,2c/-179.733167.560159.652cK-179.733167.560159.652cK平均值-168.981六，实验评注与扩展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。由于Fe3+离子可与多种阳离子发生络合，所以应考虑到对Fe3+离子试剂的选择。当溶液中有Cl-、PO3-4等阴离子存在时，会明显降低FeSCN2+络离子浓度，从而溶液的颜色减弱，甚至完全消失，故实验中要避免Cl-参与。因而Fe3+离子试剂最好选用Fe(ClO4)3。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。通过测量两个温度下的平衡常数可计算出ΔH，即式中K1、K2为温度T1、T2时的平衡常数。七，提问与思考