实验十三配合物磁化率的测定

1、实验十三配合物（络合物）磁化率的测定13.1目的要求1 掌握用Gouy法测定配合物磁化率的原理和方法2通过配合物磁化率的测定，计算其中心金属离子的未成对电子数，并判断配合物中配键的键型13.2实验原理13.2.1磁（介）质的摩尔磁化率x磁（介）质分为：铁磁质（Fe、Co、Ni及其化合物）和非铁磁质。非铁磁质分为：反磁质（即反磁性物质）和顺磁质（即顺磁性物质），顺磁质中含有未成对电子。在不均匀磁场中，反磁质受到的磁场作用力很小，该作用力由磁场强度大的地方指向磁场强度小的地方。所以，本实验中反磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的稍小一 点；而顺磁质受到的磁场作用力较大，作用力由磁场强度小的地

2、方指向磁场强度大的地方。 即，本实验中顺磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的质量有明显增大。化学上人们感兴趣的是非铁磁质。 非铁磁质中的反磁质具有反磁化率， 顺磁质同时具有 顺磁化率和反磁化率，但其顺磁化率（正值）远大于其反磁化率（负值）。所以，对顺磁质而言，其摩尔磁化率：x = x（摩尔顺磁化率）+ x （摩尔逆磁化率） 峽2gMh Wh而 u H 2 （莎 1） （在本实验中 冴的单位为：cm3 mol ）上式中，g为重力加速度（SI单位为：ms -2）, H为磁场强度（单位为：Oe,读作 奥斯特”, 在本实验的计算中其值也可消去，亦不必考虑其取值的大小及单位；M为样品的摩尔质量，在

3、本实验的计算中其单位取g/mol; h为样品管中所装样品粉末的高度，在本实验的计算中其单位取cm; Wh为有外加磁场时 样品+试管”的质量与 空试管”的质量之差，单位为 g; Wo为无外加磁场时 样品+试管”的质量与 空试管”的质量之差，单位为 g。13.2.2磁场强度H的标定若已知某样品的磁化率，则可通过实验利用下式求出对应的磁场强度。2gMh /Wh3 厂1）m厂（1） （cm mol ）x (m3 kg -或 cm3 g -1),H2 W。同理，若已知某样品的比磁化率（即单位质量磁介质的磁化率）则亦可通过实验利用下式求出对应的磁场强度。2gh (Wh1)m2 ( 1丿H2Wo已知莫尔盐（

4、六水合硫酸亚铁铵晶体）的比磁化率仅是热力学温度T/K的函数，具体关系为:9.5 10 4（ m3 kg -）（其中，热力学温度 T的单位K已预先消去了）T 1而根据SI制与CGS制的换算，有：1m3 kg-1= 1Ocm3g-1，所以，49.5 10 3,3m （ cm g ）T -因此，只要在一定温度下，用莫尔盐进行测定，即可由下式求出磁场强度的平方。2gh莫 (T 1)Wh，莫H9.5331 (,10 cm gWo,莫1)表面上看，本实验似乎需要求出磁场强度的平方用于后续计算但实际上，在具体的数据处理中我们并不由上式求出具体数值,因为有些量可以消去 （见后面的讨论）。式中W的意义见实验步骤

5、部分。1323样品的摩尔磁化率 x的测定2gMh (Wh 1)M亍疏1)（式中M为样品的摩尔质量，单位g mol-1）2gM样h样（Wh兰Wo,样1)3w9.5 10W h ,莫2gh莫(T 1)(1)W。，莫W|_| 样M样h样(厂一1)W 0 样331W 9.5 10 (cm mol )(注意：顺磁质xm 0,反磁质 x m标样/m样品 xm标773110=1.481 10 7m mol 1t0-7=1.358 :W-7m3.mol-13XM(H 1)=278.05 10 (0.2349+0.00375)/(0.17295+0.00375) 11.50895/11.79265 4.0427

6、XM(H 2)=278.05 10-3 (0.2953+0.00535)/(0.23755+0.00535) 11.50895/11.79265 4.0427481 匸35810 71.42 1Q 7m3.mol-12373kT m 3 1.3807 1029415 1.42 10229 10 45J2 T 2L 06.022 1023 4 3.14 10 745OT92274222452452FF：命十十+ :sp3d2 杂化3d4s4p斗 d未成对电子数为4,形成配合物时，3d轨道电子不需重排，采用 sp3d2杂化，故此络合物为电价络合物(外轨络合物)K4Fe(CN)6 3H2O：XM(H

7、)=M样品Am空管+样品(H) - Am空管(H)/( Am空管+标样(H) - Am空管(H)和标样/m样品标XM(H 1)=422.39 10-3 (-0.0048+0.00375)/(0.17295+0.00375)11.50895/11.69735 4.0427 10-7=-7.392 1010m3.mol-1XM(H 2)=422.39 10-3 (-0.00755+0.00535)/(0.23755+0.00535)11.50895/11.69735 4鬼427 10-7=-1.229 10-9m3.mol-17.392 12.29210 109.84 1010m3.mol-1n=

8、0Fe2+:牛d2sP3 杂化未成对电子数为0,形成配合物时，中心离子的3d轨道电子需重排，空出 2个d轨道，采用d2sp3杂化，故此络合物为共价络合物(内轨络合物)。K3Fe(CN)6：XM(H)=M样品Am空管+样品(H) -Am空管(H)/(Am空管+标样(H) -Am空管(H)和标样/m样品 Xm标1XM(H2)=329.2610-3 (0.05345+0.00535)/(0.23755+0.00535)11.50895/12.34205 4.0427 海0-7=3.005 海0-8m3.mol-13.0453005 10 83.025 10 8m3.mol-13kT m3 1.380

9、7 10 23 294.15 3.025 10 86.022 1023 4 3.14 10 74.873 10 46J2 T 21 ()2LB46?1 2.5811.581(稍大)Fe3+:+EZd2sp3杂化3d4s4p4d未成对电子数为1,形成配合物时，中心离子的3d轨道电子需重排，空出 2个d轨道，采用d2sp3杂化，故此络合物为共价络合物（内轨络合物）。表2.磁化率的测定室温：24.0C，装样高度:18.1cm9.5 106(27315 24.0) 14 3.14 4.002 10 7m3 kg称重/gBo=OB1=300mTB2=350mTmZm(B 1)m(B2)21.623121

10、.620821.6201空管21.623021.621021.6202/-0.00215-0.002921.6230521.620921.62015空管 +(NH 4)2SO4 FeSO4 6H2O35.670235.784135.825135.670035.783835.825314.047050.113850.1551M=392.14 x10-3kg mol-135.670135.7839535.8252空管 +FeSO4 7H2O36.688536.845936.90236.688536.845236.902215.065450.157050.2136M=278.05 x10-3kg m

11、ol-136.688536.8455536.9021空管 +K4Fe(CN)6 3H2O37.058337.053537.051837.057637.053537.051615.4349-0.00445-0.00625M=422.39 x10-3kg mol-137.0579537.053537.0517空管 +KaFe(CN)637.784637.820337.833437.784637.819737.833916.161550.03540.04905M=392.19 x10-3kg mol-137.784637.820037.83365(NH4)2SO4 FeSO4 6H2O :M m 3

12、9214 10 3 4.002 10 7 1.57 107m3 molBiB22（ m空管标样mi空管 )ghM 0237i2 (0.11385 0.00215 9.8 18.1 10392.14 104 3.14 10 _门“才=0.303T14.04705 1.57 10 7.2 (0.1551 0.0029 9.8 18.1 102 39219 10 3 4 3.14 107=0.354T1404705 1.57 10 7FeS04 7H2O :XM(H)=M 样品Am空管+样品 (H) - Am 空管 (H)/( Am空管+标样 (H) - Am 空管 (H) m标样/m样品7 Xm标

13、XM(H 1)=278.05 10-3 0.15705+0.00215)/(0.11385+0.00215) 14.04705/15.4349 402 0-7=1.424 0.2136+0.0029)/(0.1551+0.0029) 14.04705/15.43494鬼02 0-7=1.422 0-7m3.mol-114241.422 10 71423 10 7 口3口0|-13kT m2373 1.3807 10297.15 1.423 10另72.315 106.022 1023 4 3.14 10 745J2 T 21(丄)2112.31510 24 215.28 14.28I b(9.

14、27410)/+ :sp3d2 杂化3d4s4p小 d未成对电子数为4,形成配合物时，3d轨道电子不需重排，采用 sp3d2杂化，故此络合物为电价络合物（外轨络合物）K4Fe(CN)6 3H2O:XM(H)=M 样品Am空管+样品 (H) - Am 空管 (H)/( Am空管+标样 (H) - Am 空管 (H)标样/m样品7 Xm,标XM(H 1)=422.39 70-3 (-0.00625+0.0029)/(0.1551+0.0029)14.04705/15.4349 4.002 10-7=-6.20 1*0-9m3.mol-16.01 6.20210 96.11 109 m3.mol-1

15、n=0Fe2+:+3d4s4p汩d2sp3杂化未成对电子数为0,形成配合物时，中心离子的3d轨道电子需重排，空出 2个d轨道，采用d2sp3杂化，故此络合物为共价络合物（内轨络合物）。K3Fe(CN)6：X(H)=M 样品Am空管+样品 (H) - Am 空管 (H)/( Am空管+标样 (H) - Am 空管 (H) :m标样/m样品x xm标XM(H 1)=329.26 X0-3 X0.0354+0.00215)/(0.11385+0.00215) 14.04705/16.16155 4X02 X0-7=3.71 X0-8m3.mol-1XM(H2)=329.26 10-3 (0.0490

16、5+0.0029)/(0.1551+0.0029) 14.04705/16.16155 4.002 X07=3.77 X08m3.mol-13.71 3.77 10 83.74 10 8讦咖1-13kT m3 1.3807 1023297.15 3.74 106.022 10234 3.14 106.08 10 46J2 T 2(m)2B46V1 瞪 110 24)212841841(偏大)Fe3+:+EZd2sp3杂化3d4s4P4dn1未成对电子数为1,形成配合物时，中心离子的3d轨道电子需重排，空出 2个d轨道，采用d2sp3杂化，故此络合物为共价络合物（内轨络合物）。七思考题1. 实验过程中，为什么每个实验小组始终只能使用同一支试管？答：在实验过程中，同一支试管才有相同的磁化率，不同试管的磁化率不同。测定样品时若 用不同支试管，就无法抵消试管的磁化率的作用，只有用同一支试管才能抵消试管的磁化率的作用，保证测定的准确性。2. 摩尔盐的什么特点使得它可用于标定实验中的磁场强度？答：因为莫尔盐性质稳定，组成固定，且有4个未成对电子，具有较大的顺磁化率，故可以用作磁化率的标准物质。