五种铜的配合物的制备

2010级无机化学研究性实验五种铜的配合物的制备与晶体场分裂能的测定20103010400034 王佳琪武汉大学化学与分子科学学院化学基地一班摘要本次实验中以硫酸铜分别和氨水、EDTA、乙二胺、水、氯化钠反应配制一系列的铜的配合物：Cu(NH3)4SO4、 Cu(H2O)6SO4 、Cu(EDTA)SO4 、Cu(en)2(H2O)2SO4 、Na2CuCl4。用紫外分光光度计测出五种铜的配合物的紫外分光光谱图，并找出最大吸收峰所对应的波长，并根据0=1/107Ch(C是光速，h是普朗克常量)来计算各个配合物的晶体场分裂能，与文献元素光谱化学序列作对比。关键词硫酸铜 配合物 紫外吸收光谱 最大吸收峰 晶体场分裂能引言 过渡金属离子形成配合物后，在配体场的作用下，金属离子的d轨道分裂成能量不同的简并轨道。简并轨道之间的能量差为分裂能，以表示。在八面体场的作用下，d轨道分裂为两组：t2g(三个简并轨道)和eg(两个简并轨道)，后者能量较高，如图： eg和t2g轨道之间的能级差为分裂能，其大小与下列因素有关：配体相同，0按下列次序递减：平面正方形场八面体场四面体场对于同一M离子，晶体场分裂能大小随配体不同而变化，如八面体中，IBrClSCNOHC2O42H2ONH3NO2CN；这一序列成为光谱化学序列。按配位原子来说，晶体场分裂能大小为：卤素氧氮碳。本实验以硫酸铜为原料制备五种铜的配合物：Cu(NH3)4SO4 、 Cu(H2O)6SO4 、Cu(EDTA)SO4 、Cu(en)2(H2O)2SO4 、Na2CuCl4，通过测定五种配合物的紫外吸收光谱及最大吸收峰所对应的波长计算其晶体场分裂能，并对数据进行分析。 试剂及仪器试剂：五水硫酸铜固体、 6mol/L氨水、EDTA二钠盐、乙二胺、95的乙醇、10的乙二胺甲醇溶液。仪器：25mL比色管、1比色皿、紫外分光光度计、烧杯、温度计、电炉、50mL量筒、电子分析天平、胶头滴管、冰水浴装置。实验步骤 1、五种铜的配合物的制备(1) Cu(NH3)4SO4：用50ml小烧杯称取0.16g五水硫酸铜，加水溶解，并用量筒量取16ml 6mol/L氨水并缓慢加入小烧杯中混合，不断搅拌。吸取一定量的溶液到比色管中，加水定容摇匀。观察得溶液中先产生蓝色沉淀，随着氨水的加入，沉淀消失，溶液呈绛蓝色。 (2) Cu(H2O)6SO4 ：用50mL小烧杯称取0.16g五水硫酸铜，加水溶解，同上用滴管吸取一定量的溶液到比色管中，加水后定容摇匀。观察得溶液为极浅的蓝色。 (3) Cu(EDTA)SO4 ：用50mL小烧杯称取0.16g五水硫酸铜，加水溶解，再称取0.24g EDTA二钠盐溶解后缓缓加入硫酸铜溶液中，不断搅拌。吸取一定量的溶液到比色管中，加水后定容摇匀。观察得溶液呈蓝色。(4) Cu(en)2(H2O)2SO4 ： 称取0.16g五水硫酸铜，加水溶解，边搅伴边加入0.08g乙二胺，在60的水浴装置中反应并保持搅拌状态。待反应完全后，取出冷却，用胶头滴管吸取一定量的溶液于比色管中，加水后定容摇匀。观察得溶液颜色为紫色。 (5) Na2CuCl4 ：用50mL小烧杯称取0.16g五水硫酸铜，加水溶解，另取一个小烧杯加入适量氯化钠，加水溶解，再将氯化钠溶液缓慢加入到硫酸铜溶液中，并不断搅拌，用胶头滴管吸取一定量的溶液于比色管中，加水定容摇匀。观察得溶液颜色为浅绿色。 2、最大吸收峰的测定 在波长400900nm范围内以去离子水为参比液，用1cm比色皿依次取适量配合溶液，在紫外分光光度计上，测定五种配合物的最大吸收峰的波长。并绘制五种配合物的紫外吸收光谱图，找出最大吸收峰，计算出各配合物的分裂能。3、实验数据的记录与处理 （1）五种配合物的紫外分光图谱(2)五种配合物的最大吸收峰所对应的波长及其晶体场分裂能：配合物max波数晶体场分裂能Cu(NH3)4SO4567nm17600cm-13.5010-22JCu(H2O)6SO4 766nm13100cm-12.6110-22JCu(EDTA)SO4 695nm14400cm-12.8610-22JCu(en)2(H2O)2SO4 508nm19700cm-13.9210-22JNa2CuCl4 794nm12600cm-12.5110-22J实验结果讨论与分析（1）Cu（）与NH3和Cl 形成的配体是四边形，另与两个H2O共同形成近似的八面体场，根据0=1/107Ch计算得五种配合物的晶体场分裂能，所得数据如上表。 （2）排出五种铜的配合物配体的光谱化学序列为：Cl-H2OEDTANH3en，与文献值相符合。由该光谱序列可以解释五种配合物的颜色由浅到深。从配位场中的d轨道的能级图可以看出，随着的增加，能级间隔变大，也就是配位场增强，跃迁波长变短，频率变大，使dd吸收带逐渐从可见光的绿光区向紫光区移动，所以从Na2CuCl4、Cu(H2O)6SO4、Cu(EDTA)SO4、Cu(NH3)4SO4到Cu(en)2(H2O)2SO4，颜色从绿色到浅蓝色、蓝色、绛蓝色，再到紫色，依次加深。结论 本次实验由硫酸铜和氨水、EDTA、乙二胺、水、氯化钠制得五种配合物，其晶体场分裂能如下表：配合物Cu(NH3)4SO4Cu(H2O)6SO4Cu(EDTA)SO4Cu(en)2(H2O)2SO4Na2CuCl4（J）3.5010-22J2.6110-22J2.8610-22J3.9210-22J2.5110-22J 五种铜的配合物配体的光谱化学序列为：Cl-H2OEDTANH3en，与文献值相符。致谢感谢章晓雯同学和苏晓娟同学的合作以及化北实验室实验老师的仪器指导，并感谢208实验室实验老师程功臻的指导以及疑问解答。参考文献【1】JChemE 75 (1998) 98 Journal of Chemical Education【2】