液相平衡硫氰酸铁III体系

1、华南师范大学实验报告学生姓名 招婉文 学 号 20172421075 专 业 化学师范 年级、班级 17化教二班 课程名称 物理化学实验 实验项目 液相平衡硫氰酸铁（III）体系 实验类型 验证设计综合 试验时间 2019/4/23 实验指导老师 林晓明老师 实验评分 液相平衡常数的测定【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的数值与反应物起始浓度无关。【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-离子的浓度增加时，Fe3+离子与SCN-离子生成的络

2、合物的组成发生如下的改变，而这些不同的络合物的溶液颜色也不同：Fe3+SCN-Fe(SCN)2+Fe(SCN)2+Fe(SCN)3Fe(SCN)4-Fe(SCN)52- 而这些不同的络离子色调也不同。由下图可知，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： （3-14）由于FeSCN2+是带有颜色的，根据朗伯-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，借助于分光光度计测定平衡体系的消光值，从而计算

3、出平衡时Fe3+和SCN-的浓度 Fe3+的浓度SCN-e， 根据式3-14一定温度下反应的平衡常数KC 可求之。实验配置4组不同Fe3+起始浓度的反应溶液，其中第一组的Fe3+浓度是大量的，使用分光光度计时，根据朗伯-比尔定律：E1=KFeCNS2+1,e(K为消光系数)由于1号溶液中Fe3+大量过量，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=KCNS-0 （3-15）对于其它溶液，则：Ei=KFeCNS2+i,e （3-16）两式相除并整理得FeCNS2+i,e=Ei/E1CNS-始达到平衡时，在体系中：Fe3+i，e=Fe3+0-F

4、eSCN2+i，e （3-17） CNS-i，e =CNS-0-FeSCN2+i，e （3-18） 将以上两式带入式3-14，可以计算出除第一组外各组（不同Fe3+起始浓度）反应溶液的在定问下的平衡常数Ki，e值。【仪器与试剂】1.实验仪器 722分光光度计 1台 容量瓶(50mL) 8个 刻度移液管 5mL1支、10mL2支 25mL移液管50mL酸式滴定管1支 洗耳球 洗瓶 100mL烧杯2.实验试剂 1.008×10-3mol/LKSCN 0.1001mol/LFeNH4(SO4)2 (需准确标定Fe3+浓度，并加HNO3使溶液的H+浓度为0.1mol·dm-3) 1

5、mol/L HNO3(A.R) 1mol/L KNO3(A.R) 【实验步骤】1. 将超级恒温槽连接好。通入25的恒温水，放入分光光度计中。2. 取8个50mL容量瓶，编号。按表a计算好所需4种溶液的用量。（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a 所需用4中溶液的用量项目容量瓶编号1234KCNS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H

6、NO3 0.1mol/L)所取体积/ml2552.51实际浓度/(mol/L)5×10-21×10-25×10-32×10-3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=0.752325.326.63. 取四个标记好的50mL容量瓶，按表a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

7、置于恒温槽中恒温。4. 再取另外4个标记好的50mL容量瓶，按上表计算结果，将4种溶液分别取所需要的体积按编号加入（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）。5. 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】条件：室温： 24.2 H+=0.15mol/L 总离子强度I=0.7，波长=450nm表3-10项目溶液编号5678消光值Ei0.6320.4030.2820.158Ei/E110.6380.4460.250FeSCN2+i,e=Ei/E1SCN-02.00×10-4

8、1.28×10-48.92×10-55.00×10-5Fe3+i,e=Fe3+0-FeSCN2+i,e4.98×10-29.87×10-34.91×10-31.95×10-3SCN-i,e=SCN-0-FeSCN2+i,e07.20×10-51.11×10-41.5×10-4180.12165.15170.94Kc平均值172.07文献参考值2为：140相对误差为：（172.07-140）/140=22.9%【误差分析】本次测得的Kc平均值为：172.07，相对误差为22.9%，误差较大，可能是

9、由以下原因引起： 不同溶液由不同的组员负责加入，每个组员在使用移液管移取溶液时，会存在人为误差。 浓度越高的号容量瓶测出的Kc误差非常大，可能由于Fe3+例子浓度高，溶液中发生了复杂的反应，已经不适用。 在更换溶液时，没有认真洗干净比色皿，没有擦净玻璃面【提问与思考】1. 当Fe3+、CNS-浓度较大时，能否用式计算FeSCN2+络离子生成的平衡常数？答：不能，当CNS-浓度较大时，则FeCNS2+1,eCNS-0 ，所以E1KCNS-0，因此等式FeSCN2+i,e=Ei/E1SCN-0不成立。2. 平衡常数与反应物起始浓度有无关系？答：平衡常数与反应物的起始浓度无关。3. 测定Kc时，为什么要控制酸度和离子强度？答：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：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。 另外，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. 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：为了消除除了测量物质外溶剂中有其它吸光物质对该