液相平衡

液相平衡 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络离子的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无关。 二、实验原理 Fe3+离子与SCN-离子在溶液中可形成一系列的络离子，并共存于同一个平衡体系中。当Fe3+离子与浓度很低的SCN-离子（<5×10-3 mol.L-1）只进行反应： Fe3++SCN-= FeSCN2+ 其平衡常数示为：KC = [FeSCN2+]/[ Fe3+] [SCN- ] 由于平衡常数受氢离子的影响，所以实验只能在同一PH值下进行。被测液中离子强度应保持一致。 由于Fe3+离子可与多种阴离子络合，如Cl-、PO43-等阴离子存在时会明显降低FeSCN2+络离子浓度从而使溶液颜色减弱或消失， 所以Fe3+离子试剂最好选用FeNH4(SO4)2。 根据朗伯—比尔定律可知光密度与溶液浓度成正比。因此，可借助分光光度计测定其光密度，从而计算出平衡时FeSCN2+浓度以及Fe3+与SCN-的浓度，进而求出该反应的平衡常数Ka。通过测定两温度下的平衡常数可计算出△H。即 △H=[RT2T1／（T2-T1）]㏑（K2／K1） 三、仪器与试剂 1. 仪器：支容量瓶（50mL）  4个          超级恒温槽  1台 722型数显分光光度计（包括恒温夹套）1台  刻度移液管（5mL、10mL ）分别1,4支 2. 药品：1×10-3mol.L-1 NH4SCN(需准确标定)      0.1mol. L-1FeNH4(SO4)2(需准确标定Fe3+浓度，并加HNO3使溶液的H+浓度为0.1mol. L-1) 1mol. L-1 HNO3(分析纯试剂)  1mol. L-1KNO3(分析纯试剂) 四、主要实验步骤 1. 将恒温夹套与恒温槽连接后放进分光光度级的暗箱中，将恒温槽调为21 ℃。 2. 取四个50mL容量瓶，编成1、2、3、4号。配制离子强度为0.7，氢离子浓度为0.15 mol. L-1，SCN-离子浓度为2×10-4 mol. L-1，Fe离子浓度分别为5×10-2 mol. L-1、1×10-2 mol. L-1、2×10-3 mol. L-1的四种溶液，先计算处所需的标准溶液量，填写下表： 容量瓶号 1 2 3 4 V(NH4SCN溶液)/mL 5 5 5 5 V(FeNH4(SO4)2溶液)/mL 25 5 2.5 1 V(HNO3)/mL 5 7 7.25 7.4 V(KNO3)/mL 5 24 25.25 26.6           根据计算结果，配制四种溶液置于恒温槽中恒温。 3.调整722型分光光度计，将波长调到460nm处。然后取少量1号溶液洗比色皿两次，把溶液注入比色皿，然后准确的测量溶液的光密度。用同样的方法测量2、3、4号溶液的光密度。 4.将恒温槽调到31 ℃下，重复上述实验。 五、数据处理与结果讨论 1、当超级恒温槽的温度调为21 ℃、31 ℃时，水银温度计所对应温度 T1=29 ℃=294K 、T2=39 ℃=304K。 2、对1号溶液中Fe3+与SCN-反应达到平衡时可认为SCN-全部消耗，此平衡硫氰合铁离子的浓度即为反应开始时硫氰合铁根离子的浓度。即有 [ FeSCN2+]平（1）=[ SCN-]始 以1号溶液的光密度为基准，则对2、3、4号溶液的光密度可求出各溶液的光密度比。[ FeSCN2+]平、[Fe3+]平、[ SCN-]平可分别按下式求得： [ FeSCN2+]平=光密度比×[ FeSCN2+]平（1）=光密度比×[ SCN-]始 [Fe3+]平=[ Fe3+]始 —- [ FeSCN2+]平 [SCN-]平=[ SCN-]始—[ FeSCN2+]平 再根据Kc=[ FeSCN2+]／[ Fe3+][ SCN-]求出K。处理相关数据如下表： 表1  计算29℃时的平衡常数K1相关数据 容量瓶号 1 2 3 4 吸光度A 0.678 0.406 0.319 0.144 光密度比 1.00 0.600 0.471 0.212 [FeSCN2+]平/ mol.L-1 2．00×10-4 1.20×10-4 9.42×10-5 4.24×10-5 [ Fe3+]平/ mol.L-1 4.96×10-2 9.88×10-3 4.91×10-3 1.96×10-3 [ SCN-]平/ mol.L-1 0 8.000×10-5 1.058×10-4 1.576×10-4 Kc=[ FeSCN2+]／[ Fe3+][ SCN-] 1.52×102 1.81×102 1.37×102 平均值k1 1.56×102           表2  计算39℃时的平衡常数K2相关数据 容量瓶号 1 2 3 4 吸光度A 0.667 0.397 0.301 0.136 光密度比 1.000 0.595 0.451 0.204 [FeSCN2+]平/ mol.L-1 2.00×10-4 1.19×10-4 9.02×10-5 4.08×10-5 [ Fe3+]平/ mol.L-1 4.96×10-2 9.881×10-3 4.91×10-3 1.96×10-3 [ SCN-]平/ mol.L-1 0 8.100×10-5 1.098×10-4 1.572×10-4 Kc=[ FeSCN2+]／[ Fe3+][ SCN-] 1.49×102 1.67×102 1.32×102 平均值k2 1.49×102           3、根据公式 △H=[RT2T1／（T2-T1）]㏑（K2／K1） =[8.314×302.15×312.15／（312.15-302.15）]㏑（1.49×102／1.56×102） =﹣3.60×103J 查资料：△H’= ﹣4.50×103J 相对误差=(﹣3.60×103J+4.50×103J)／4.50×103J×100%=20.00% 误差分析：由于做实验时分光光度计没有与超级恒温槽连接，所以可能在测吸光度时温度有差异，也有可能在配制溶液时不够准确。 六、注意事项 1．SCN-的浓度小于5×10-3mol.L-1,以保证只生成配合比为1：1的FeSCN2+。 2．本实验为离子平衡反应，各被测液中的离子强度要保持一致。 3．在试验过程中应避免Cl-,PO43-等阴离子对Fe3+的影响。 4．在吸光度的测定过程中要保持温度的恒定。 七、思考题 1.如Fe3+、SCN-离子较大就不能按照公式来计算，为什么？ 答：因为浓度大会形成多配位的化合物 2.为什么[FeSCN2+]平=光密度×[SCN-]始来计呢？ A1=k [FeSCN]平1=k[SCN-] A2= k [FeSCN]平2 [FeSCN]平2=A1/A2*[FeSCN]平1 八、心得体会 在做实验时一定要认真仔细，尤其是在配制溶液时，要准确。