铁(III)离子与磺基水杨酸配合物的组成和稳定常数的测定.doc

实验七 铁（III）离子与磺基水杨酸配合物的组成和稳定常数的测定一、实验目的1了解采用分光光度法测定配合物组成和稳定常数的原理和方法。2学习用图解法处理实验数据的方法。3进一步学习分光光度计使用方法，了解其工作原理。4. 进一步练习吸量管、容量瓶的使用二、实验原理磺基水杨酸( 简式为H3R)可以与Fe3+ 形成稳定的配合物。配合物的组成随溶液pH值的不同而改变。在pH=23、49、911时，磺基水杨酸与Fe3+能分别形成三种不同颜色、不同组成的配离子。本实验是测定pH=23时所形成的红褐色磺基水杨酸合铁()配离子的组成及其稳定常数。实验中通过加入一定量的HClO4溶液来控制溶液的pH值。由于所测溶液中磺基水杨酸是无色的，Fe+溶液的浓度很小，也可认为是无色的，只有磺基水杨酸合铁()配离子(MRn)是有色的。根据朗伯比耳定律A=bc可知，当波长、溶液的温度T及比色皿的厚度b均一定时，溶液的吸光度A只与有色配离子的浓度c成正比。通过对溶液吸光度的测定，可以求出配离子的组成。用光度法测定配离子组成，通常有摩尔比法、等摩尔连续变化法、斜率法和平衡移动法等，每种方法都有一定的适用范围，本实验采用等摩尔连续变化法，通过分光光度计测定配位化合物的组成。具体操作时，取用摩尔浓度相等的金属离子溶液和配位体溶液，按照不同的体积比(即摩尔数之比)配成一系列溶液，测定其吸光度值。以吸光度值A 为纵坐标，体积分数 (，即摩尔分数。式中：VM为金属离子溶液的体积，VL为配位体溶液的体积)为横坐标作图得如图1所示的曲线，将曲线两边的直线部分延长相交于B点，B点对应的吸光度值 AB 最大。由B点对应的摩尔分数值，可计算配离子中金属离子与配位体的摩尔数之比，即可求得配离子 MLn 中配位体的数目n 。图 1 配位体摩尔分数吸光度图在图1中，在B点最大吸收处对应的摩尔分数值为0.5，则： 即： 金属离子与配位体摩尔数之比为11。一般认为，最大吸光度值B点处的 M 和 L 全部配合。但由于配离子有一部分解离，其实际浓度要稍低一些，实验测得的最大吸光度值在E点(如图1所示)，其吸光度为AE，则配离子的解离度为： 而配离子的稳定常数 K稳可由下列平衡式导出： MLn M + nL (电荷省去) 起始浓度 c 0 0平衡浓度c-c c n cK稳 = 式中c 为B点或E点所对应的金属离子的浓度，为解离度。当 n = 1时，K稳 = 1- /c2三、教学形式1指导与提问（1）什么叫等摩尔系列法？怎样用等摩尔系列法测得配合物的组成和稳定常数？（2）本试验为什么对酸度要进行严格控制？怎样进行控制？（3）怎样绘制吸光度组成图？介绍坐标轴比例的选择，点与线的描绘以及切线求最大吸光度的作图方法。（4）为什么实验测得的K稳为表观值？怎样求得精确值？因为磺基水杨酸C7H6O6S(H3X)是一个弱酸，在溶液中除了存在着H3X和Fe3+之间的配位平衡外，还存在着H3X的电离平衡，因此实验测得的稳定常数为表观值，精确值要求按下式进行校正。K稳 = K稳(表观)aHaH 是配合物的酸效应系数，是表征配位体由于酸效应而引起的副反应程度，pH=2 aH =1.9351010 lg aH =10.32预习要求容量瓶的正确使用 图 2 容量瓶的使用 （2）移液管的使用， 以及用移液管在烧杯中配制系列溶液。图3 移液管的使用及正确操作演示（3）分光光度计的使用方法。 721型分光光度计的使用 图 4 721型分光光度计的仪器简图（1）仪器预热约20min。（2）灵敏度选择：放大器灵敏度分五档，是逐步增加的，1档最低。其选择原则是保证能使空白溶液很好调到透光率100的情况下，尽可能采用较低档，这样仪器将有更高的稳定性。所以，使用时一般灵敏度都放在1档，灵敏度不够时再逐步升高。不过要注意，改变灵敏度后要重新调透光率0和透光率100。（3）预热光度计：预热后，要连续几次调透光率0和透光率100，仪器才可开始进行测量。（4）测量溶液光密度：打开比色皿暗箱盖，取出比色皿架，除已装空白溶液的比色皿外，其余3个比色皿分别用去离子水和所装溶液洗23遍，接着依次装入不同浓度的标准系列溶液或未知液，液面应高于比色皿的2/3，溶液（千万不要使劲擦，以免磨毛比色皿的透光面），将它们依次放到比色皿架内，并把比色皿放回暗箱内定位销上（尽量贴近左面，光面穿过光路），把比色皿暗箱盖合上。先将比色皿架定位杆拉出一格，使装第一个被测溶液的比色皿进入光路，从光密度表上即可读出被测溶液的光密度，接着把比色皿架的定位杆再拉出一格，进行下一个被测溶液的测量。 722型分光光度计的使用 图 5 722型分光光度计的仪器简图722型分光光度计的使用方法：检查仪器的电源线连接及各个调节旋钮的起始位置，并将“灵敏度调节旋钮”调至“1”档。 开启电源开关，指示灯亮。“选择开关”置于“T”。 用“波长手轮”将波长调至工作波长处。 仪器预热20分钟。打开试样室盖，光门立即自动关闭。 调“0%T旋钮”，使显示为“00.0”；盖上舱盖，光门自动打开；将参比溶液置于光路中。 调“100%T旋钮”，使显示为“100.0”；否则将灵敏度调至“2”档，依次类推，直至能调至 “100.0”为止；当改变“灵敏度调节旋钮”的档数后，应重新调节“00.0”，接着再调“100.0”连续几次调节“00.0”和“100.0”直至稳定，仪器即可进行正常测定工作。 将“选择开关”置于A；调节“吸光度调零旋钮”，使“数字显示器”显示“00.0”。 将待测溶液推入光路，“数字显示器”上显示的值即为待测溶液的吸光度值。3注意事项与可能产生的问题： 0.00100mol/L Fe3+溶液与0.00100mol/L磺基水杨酸溶液可自己配制，也可由实验室提供。 实验室提供的是洁净干燥的小烧杯，不需再进行洗涤，用后要求洗涤干净，最后用去离 子水漂洗23次。 两人合配一组溶液，合测一组吸光度。为了减少误差，在配制溶液时吸取同种试剂必须 由一个人来操作。 影响配合物组成及K稳值除仪器因素外，大多数是由于搞错溶液编号，溶液浓度没有配 准，容器不干净，使测得吸光度不呈规律性变化，作得的吸光度组成图不对称。另 一原因是由于作图具有任意性，通过作切线不易取得可靠的理论最大吸光度值，导致 K稳偏大或偏小。 每台仪器所配套的比色皿，不能与其它仪器上的比色皿单个调换。 干燥器中的干燥剂如已变色，应立即更新或进行烘干后再用。 仪器接地要良好，否则显示数字不稳定。 取放比色皿时，只能用手拿毛玻璃面；擦试比色皿外壁溶液时，只能用镜头 纸；比色皿内盛放的溶液不能超过其高度的4/5；比色皿放入比色皿框中时， 应使透光玻璃面通过光路。四、实验内容1. 配制磺基水杨酸合铁系列溶液 用带刻度10mL的吸量管按表1的数据吸取各溶液，分别注入已编号的干燥的50mL小烧杯中，并搅拌各溶液。表1 磺基水杨酸合铁系列溶液的组成溶液编号0.01molL-1 HClO4/mL0.001molL-1 Fe3+/mL0.001molL-1 磺基水杨酸/mL110.009.001.00210.008.002.00310.007.003.00410.006.004.00510.005.005.00610.004.006.00710.003.007.00810.002.008.00910.001.009.00图 6 磺基水杨酸合铁系列溶液的配制2. 测定磺基水杨酸合铁系列溶液的吸光度 取4只1cm的比色皿，分别装入参比溶液(即0.01molL-1 HClO4，放入比色皿框中的第一格内)，1号溶液，2号溶液和3号溶液，其中后三个溶液分别放入比色皿框中的第二、三、四格内)。在=500nm处，调节合适的灵敏度档，测各溶液的吸光度，然后将1、2、3号溶液分别换成4、5、6号溶液，测定它们的吸光度。依次类推，直至将所有的溶液都测出其吸光度为止。将数据记录于表2中。注意：比色皿要先用去离子水冲洗，再用待测溶液冲洗23遍。图 7磺基水杨酸合铁系列溶液吸光度的测定表2 原始数据记录表溶液编号0.01molL-1 HClO4/mL0.001molL-1 Fe3+/mL0.001molL-1 磺基水杨酸/mL吸光度A110.009.001.000.9210.008.002.000.8310.007.003.000.7410.006.004.000.6510.005.005.000.5610.004.006.000.4710.003.007.000.3810.002.008.000.2910.001.009.000.1五数据处理以吸光度A为纵坐标，体积比 VFe3+ /( VFe3+ +VL