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1、- 1 -华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 学 号 专 业 化学(师范) 年级、班级 课程名称 物理化学实验 实验项目 液相反应平衡常数的测定 实验类型 ：验证设计综合 实验时间 年 月 日实验指导老师 孙艳辉 实验评分 【实验目的】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。通过实验了解热力学平衡常数与反应物的起始浓度无关。【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-的浓度增加时，Fe 3+与 SCN-生成的络合物的组成发生如下的改变，而这些不同的络离子的溶液颜色也不同。Fe3+ +
2、SCN- Fe(SCN) 2+Fe(SCN) 2+ Fe(SCN) 3Fe(SCN) 4-Fe(SCN) 52-由图 3-12 可知，Fe 3+与浓度很低的 SCN-（一般应小于 510-3 mol/L）只进行如下反应。Fe3+ +CNS2+FeCNS 2+即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN2+。其平衡常数表示为Kc (3-14)由于 FeCNS2+是带有颜色的，根据朗伯一比尔定律，消光值与溶液浓度成正比，实验时，只要在一定温度下，借助分光光度计测定平衡体系的消光值，从而计算出平衡时FeCNS2+的浓度 FeCNS2+e，进而再推算出平衡时 Feo+和 CNS-的浓度Fe 3+e 和CN
3、S -e。根据式(3-14) 一定温度下反应的平衡常数 Kc 可求知。实验时配置若干组（共 4 组）不同 Fe3+起始浓度的反应溶液，其中第一组溶液的 Fe3+是大量的，当用分光光度计测定反应液在定温下消光值 Ei 时（i 为组数） ，根据朗伯-比尔定理E1K FeCNS2+l,e（K 为消光系数）由于 1 号溶液中 Fe3+大量过量，平衡时 CNS 全部与 Fe3+络合(下标 O 表示起始浓度) ，对一号溶液可认为FeCNSi,e=CNS-0 FeCNS2+eFe3+e CNS-ecc c - 2 -则 E1 KCNS - 0对其余组溶液 Ei KFeCNS 2+i,e两式相除并整理得FeC
4、NS2+i,e CNS- 始达到平衡时，在体系中Fe3+ i,e = Fe3+0 - FeCNS2+ i,e (3-17)CNS- i,e=CNS- 0 - FeCNS2+ i,e (3-18)将式(3-17) 和式 (3-18)代入式(3-14)，可以计算出除第 1 组外各组（不同 Fe3+起始浓度)反应溶液的在定温下的平衡常数 Ki，e 值。【仪器与试剂】(1) 实验仪器721 型（或 722 型）分光光度计 1 台 超级恒温槽 1 台50mL 容量瓶 8 个 l00mL 烧杯（或锥瓶） 4 个刻度移液管 l0mL（2 支） 、5mL（1 支） 25mL 移液管 1 支50mL 酸式滴定管
5、 1 支 吸球、洗瓶等(2) 实验试剂110-3mol/L KCNS(由 A.R 级 KCNS 配成，用 AgNO3 容量法准确标定）0.1mol/L Fe(NH4)(SO4)2 由 A.R 级 Fe（NH 4)(SO4)212H2O 配成，并加入 HNO3 使溶液中的 H+浓度达到 0.1mol/L,Fe3+的浓度用 EDTA 容量法准确标定1mol/L HNO3 (A.R) 1 mol/L KNO3（ A.R）【实验步骤】取 8 个 50mL 容量瓶，编好号，按表 3-9 提示的内容，计算好所需 4 种溶液的用量(注意，在这 4 个容量瓶中，溶液的氢离子均为 0.15molL，用 HNO3
6、 来凋节;溶液的离子强度均为 0.7，用KNO3 来调节） 。表 3-9 所需用 4 种溶液的用量容量瓶编号项 目1 2 3 4取体积数/mL 10 10 10 10KCNS 溶液（110 -3 mol/L） 实际浓度/(mol/L) 210-4 210-4 210-4 210-4所取体积/mL 25 5 2.5 1实际浓度/(mol/L) 510-2 110-2 510-3 210-3Fe(NH4)(SO4)2（0.1 mol/L ，其中含 HNO30.1 mol/L）含 H+的数量/(mol/L) 2.510-3 510-4 2.510-4 110-4HNO3 溶液（1mol/L ）使反应
7、体系H +=0.15 mol/L 5 7 7.25 7.4KNO3 溶液（1mol/L ）使反应体系I=0.7 5 23 25.3 26.6EiE1- 3 -取 4 个标记好的 50mL 容量瓶，按表 3-9 中计算结果，将除 KSCN 溶液外的三种溶液分别取所需的体积按编号加入，并用蒸馏水冲置刻度（该溶液为测消光值时的对比液） 。再取另外 4 个标记好的 50mL 容量瓶，按表 3-9 中计算结果，将 4 种溶液分别取所需的体积按编号加入（KCNS 溶液最后加） ，并用蒸馏水冲至刻度（该溶液为液相反应体系） 。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
8、。每组溶液要重复测三次（更换溶液） ，取其平均值。【数据处理】将所得数据填入表 1。条件：室温 26.5 湿度 59.0% 大气压 1018.1Hpa H+0.15mol/L 总离子强度 I0.7 波长450nm表 1 实验数据记录表编号项目参比 1 试样 1 参比 2 试样 2 参比 3 试样 3 参比 4 试样 4T/% 90.3 22.7 99.2 40.9 99.7 53.0 99.7 71.1第一次A 0.044 0.644 0.003 0.389 0.001 0.276 0.001 0.148T/% 90.1 22.7 99.1 41.0 99.7 53.0 99.7 71.1第二
9、次A 0.045 0.644 0.004 0.387 0.001 0.276 0.001 0.148T/% 90.4 22.6 99.2 41.0 99.6 52.9 99.6 71.1第三次A 0.044 0.646 0.004 0.387 0.002 0.277 0.002 0.148T/% 90.3 22.7 99.2 41.0 99.7 53.0 99.7 71.1平均值A 0.044 0.645 0.004 0.388 0.001 0.276 0.001 0.148表 2 数据处理结果记录表溶液编号项目1 2 3 4消光值 Ei 0.601 0.384 0.275 0.148Ei/E
10、1 0.639 0.458 0.246FeCNS2+i,eE i/E1 CNS- 0（ mol/L） 1.2810-4 9.1610-5 4.9210-5Fe3+ i,e = Fe3+0 - FeCNS2+ i,e（mol/L ） 9.87210-3 4.90810-3 1.95110-3CNS- i,e=CNS- 0 - FeCNS2+ i,e 7.2010-5 1.0810-4 1.5110-4 180 172 167CK- 4 -【提问与思考】当 Fe3+、CNS -浓度较大时，能否用式(3-16)计算 FeCNS2+络离子生成的平衡常数？答：当 Fe3+、CNS -浓度较大时，Fe 3+与 CNS-生成的络合物组成复杂，而这些不同的络离子的溶液颜色也不同。平衡常数与反应物起始浓度有无关系？答：平衡常数与反应物起始浓度无关，只与温度有关。测定 Kc 时，为什么要控制酸度和离子强度？答：平衡常数受氢离子的影响，因此，要控制酸度。另外，本实验为离子平衡反应，离子强度对平衡有很大影响，实验时，应加硝酸钾作为辅助介质，降低离子浓度。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：因为溶液也有吸光度，而且溶液的吸光度会随着波长变化。如果不用空白溶液校正，扣去溶液的吸光度，会有较大误差。一般选用标准溶液或蒸馏水作为空白对比液。
