三價(jià)鐵離子與磺基水合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測(cè)定
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-11-02
一、三價(jià)鐵離子與磺基水合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1.了解用比色法測(cè)定絡(luò)合物的組成和絡(luò)離子的穩(wěn)定常數(shù)的原理和方法；
2.學(xué)習(xí)分光光度計(jì)的使用及有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法
二、三價(jià)鐵離子與磺基水合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測(cè)定提要
當(dāng)一束波長(zhǎng)一定的單色光通過(guò)有色溶液時(shí),有一部分光被有色溶液吸收，一部分光透過(guò)，設(shè)C為溶液的濃度,l為溶液的厚度,則吸光度（也稱光密度或消光度）D與有色溶液的濃度和液層厚度的乘積成正比。這叫做朗拍-比爾定律,其數(shù)學(xué)表達(dá)方式為：
D=RC¿
式中R為比例常數(shù),叫做吸光系數(shù),其數(shù)值與入射光的波長(zhǎng)以及溶液的性質(zhì)，溫度有關(guān)。若入射光的波長(zhǎng)、溫度和比色皿均一定(¿一定),則吸光度度F=D只與有色溶液濃度C成正比。
設(shè)中心離子M和配位體L在給定條件下反應(yīng)，只生成一種有色離子或絡(luò)合物MLn(略去電荷符號(hào)):
M+π↔MLπ
若M和L都是無(wú)色的,則此溶液的吸光度與有色絡(luò)離子物或絡(luò)合物的濃度成正比。據(jù)此,可用濃比遞變法(或稱摩爾系列法)測(cè)定該絡(luò)離子或絡(luò)合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)，方法如下:
.jpg "配位體摩爾分?jǐn)?shù)-吸光度圖")
配制一系列含有中心離子M與配位體L的溶液，M與L的總摩爾數(shù)相等，但各自的摩爾分?jǐn)?shù)連續(xù)改變,例如L的摩爾分?jǐn)?shù)依次為0、0.1、0.2、0.3……0.9、1.0.在一定波長(zhǎng)的單色光中分別測(cè)定這系列溶液的吸光度,有色絡(luò)離子或絡(luò)合物的濃度越大，溶液顏色越深,其吸光度越大。當(dāng)M和L恰好全部形成絡(luò)離子或合物時(shí)(不考慮絡(luò)離子的離解），MLπ的濃度最大，吸光度也最大。若以吸光度D為縱坐標(biāo)，以配位體的摩爾分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)作圖，可長(zhǎng)曲線兩邊的直線部分，相交于A點(diǎn)，A點(diǎn)即為最大吸收處，配位體的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5，則中心離子的摩爾分?jǐn)?shù)為1.0-0.5=0.5.所以，
配位體摩爾數(shù) 配位體摩爾分?jǐn)?shù) 0.5
---------------=-----------------=----------=----------=1
中心離子摩爾數(shù) 中心離子摩爾分?jǐn)?shù) 0.5
由此可知,該絡(luò)離子或絡(luò)合物的組成為ML型。
絡(luò)離子穩(wěn)定常數(shù)亦可根據(jù)圖19-1而求得。從圖19-1還可以看出,對(duì)于ML型絡(luò)離子或絡(luò)合物,若它全部以ML形式存在,則其最大吸光度應(yīng)在A處,即吸光度為E1;但由于絡(luò)合物有一部分離解,其濃度要稍小一些,實(shí)際測(cè)得的最大吸光度在B處,即吸光度為E2。此時(shí)絡(luò)離子或絡(luò)合物的離解度為
E1-E2
a=--------
E1
離子或絡(luò)合物ML的穩(wěn)定常數(shù)與離解度的關(guān)系如下:
ML↔M + L
起始時(shí)濃度 C 0 0
平衡時(shí)濃度 C-Ca Ca Ca
[ML] 1-a
K穩(wěn)=------=------
[M][L] Ca²
式中C表示A點(diǎn)的中心離子的摩爾濃度。
磺基水楊酸與Fe3+離子形成的螯合物的組成因PH不同而不同,在PH為2~3時(shí),生成紫紅色的螯合物(有1個(gè)配位體),反應(yīng)可表示如下:
Fe3++-O3S◇-OH↔-O3S◇-----O\
\ \ FE++2H+
COOH C----O／
‖
O
pH為4~9時(shí),生成紅色的螯合物(有2個(gè)配位體);pH為9~11.5時(shí)，生成黃色的螯合物(有3個(gè)配位體)pH>12時(shí),有色螯合物被破壞而生成Fe(OH)3沉淀。本實(shí)驗(yàn)是在PH<2.5的條件下進(jìn)行測(cè)定的。
三、儀器和藥品
.jpg "72型分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)")
1.儀器燒杯(50m1 11只,600ml)、分光光度計(jì)、容量瓶100ml 2只)、移液管(10ml 5支)、吸氣橡皮球、玻璃棒、
附 72型分光光度計(jì)使用說(shuō)明
A.儀器
72型分光光度計(jì)是簡(jiǎn)易型分光光度計(jì),由磁飽和穩(wěn)壓器、單色光器和檢流計(jì)組成,其光學(xué)系統(tǒng)如圖19-2所示。
由光源1發(fā)出的白光經(jīng)過(guò)進(jìn)光狹縫2、反射鏡3和透鏡4后,成為平行光束進(jìn)入棱鏡5,經(jīng)棱鏡色散后,各種波長(zhǎng)的光被鍍鋁反射鏡6反射,經(jīng)透鏡7再聚光于出光狹縫8。鍍鋁反射鏡和透鏡裝在一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤上,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是由波長(zhǎng)調(diào)節(jié)器時(shí)，因此轉(zhuǎn)動(dòng)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)器時(shí),就可以在出光狹縫的后面得到所需要波長(zhǎng)的單色光。此光通過(guò)比色皿9和光量調(diào)節(jié)器10射到光電池11上,產(chǎn)生的光電流輸入檢流計(jì)12,得出吸光度讀數(shù)。
儀器線路的裝接如圖19-3所示。將磁飽和穩(wěn)壓器接上220伏交流電源。把單色光器一邊與磁飽和穩(wěn)壓器相連接,另一邊再與檢流計(jì)相連接(紅色套管導(dǎo)電片接在“+”處綠色套管導(dǎo)電片接在“一”處,第三片導(dǎo)電片接地線“〧”)。再將檢流計(jì)接上220伏交流電源。
B.三價(jià)鐵離子與磺基水合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測(cè)定操作步驟
(a)將儀器按圖19-3裝接好后,先將檢流計(jì)電源開關(guān)7，穩(wěn)壓器電源開關(guān)1以及單色光器光源開關(guān)4都撥到“關(guān)”的位置,然后再把穩(wěn)壓器及檢流計(jì)分別接通2伏交流電。
(b)將單色光器的光路閘門3撥到黑點(diǎn)位置,將計(jì)電開關(guān)7到“開”的位置,此時(shí)標(biāo)尺上即出現(xiàn)光標(biāo)線。用檢流計(jì)的零點(diǎn)調(diào)節(jié)器8、9將光標(biāo)線準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)到光百分透光度)的零點(diǎn)。
(c)將穩(wěn)壓器的輸出電壓接到所需電壓的接線柱上(10伏）,開通穩(wěn)壓器的電源開關(guān)1和單色光器的光源開關(guān)4,把關(guān)路閘門3撥到紅點(diǎn)位置,此時(shí)光源進(jìn)入器的光部分。以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)光量調(diào)節(jié)器6至光標(biāo)線移至透光率100處,使硒光電池得到最大的受無(wú)面等.10分鐘,待硒光電池趨于穩(wěn)定后,再開始使用儀器。
(d)把波長(zhǎng)調(diào)節(jié)器2調(diào)到所需要的波長(zhǎng)度處,顏色與所需要的波長(zhǎng)的關(guān)系如下：
溶液顏色 青紫 藍(lán) 藍(lán)帶綠 綠帶藍(lán) 綠
需要波長(zhǎng)(納米) 540~460 570~600 600~630 630~760 400~420
溶液顏色 綠帶黃 黃 橙紅 紅
需要波長(zhǎng)(納米) 430~440 440—~450 450~480 490~530
(e)將單色光器的光路閘門3到黑點(diǎn)位置,使光電池不受到光照射,再次核對(duì)檢流計(jì)的光標(biāo)線是否在透光率的零點(diǎn)。
(f)將盛溶液的比色皿放入比色皿架10,一般把空白溶液(常用去離子水)放在第一格內(nèi)(拉桿壓入至有“卡”聲處),顯色溶液放在其它格內(nèi)(拉桿抽出至適當(dāng)位置),蓋好暗箱蓋子。
(g)將空白溶液放在光路上,把光路閘門3到紅點(diǎn)位置后,轉(zhuǎn)光量調(diào)節(jié)器6,將檢流計(jì)上的光標(biāo)線準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)到吸光度的零點(diǎn)。
(h)把拉桿抽出一格,使顯色溶液進(jìn)入光路,光標(biāo)線所指的吸光度讀數(shù)就是該溶液的吸光度。必要時(shí),將空白溶液推入光路,核對(duì)吸光度是否仍在零點(diǎn),并再讀數(shù)一次。
C.注意事項(xiàng)
(a)為了防止光電池疲勞,在不測(cè)定時(shí)應(yīng)經(jīng)常關(guān)閉單色光器的光路閘門3(到黑點(diǎn)位置),光電池連續(xù)照光時(shí)間不能太長(zhǎng)(最好是間歇半小時(shí)后,再使用)。
(b)比色皿有兩個(gè)表面為透光面,不可用手指直接接觸,以免沾上油污或磨損,影響其透光率。在拿比色皿時(shí),應(yīng)捏住兩邊的磨砂面。比色皿一般用自來(lái)水、去離子水洗滌;測(cè)定時(shí),為了避免待測(cè)溶液濃度改變,需先用待測(cè)溶液淋洗數(shù)次,再注入待測(cè)溶液并用吸水紙將沾附皿壁的液體干。若對(duì)光觀察清潔透明,即可放入比色皿架中,并應(yīng)注意它們的位置,盡量使它們前后一致,否則容易造成測(cè)定誤差。
(c)儀器在使用時(shí),應(yīng)常關(guān)閉光路閘門來(lái)核對(duì)檢流計(jì)的“0”點(diǎn)位置是否有改變。
2.藥品
高氯酸HCIO4(0.01M)[注1]
磺基水楊酸HO3S◇-OH(0.0100M)[注2]
\
COOH
硫酸高鐵銨Fe(NH4)(SO4)2(0.0100M)[注3]
[注1]將4.4ml 70%HClO4加入50ml水中,稀釋到5000ml
[注2]將分析純磺基水楊酸溶于0.01M HC1O4中配制而成。
[注3]將分析純硫酸高鐵銨Fe(NH4)(SO4)2.12H2O晶體溶于0.01M HCio4中配制而成.
四、三價(jià)鐵離子與磺基水合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.溶液的配制
(a)配制0.00100M Fe3+離子溶液用10ml移液管吸取10.0mL 0.0100M硫酸高鐵銨溶液,注入100ml容量瓶中,用0.01M COIO4溶液稀釋至刻度,搖勻備用。
(b)配制0.00100M磺基水楊酸溶液用10ml移液管吸取10.0ml 0.0100M磺基水楊酸溶液,注入100ml容量瓶中,用0.01M HCIO4溶液稀釋至刻度,搖勻備用.
2.濃比遞變法測(cè)定有色絡(luò)離子或絡(luò)合物的吸光度
(a)用10ml移液管按下頁(yè)表的數(shù)量吸取各溶液,分別注入已編號(hào)的干燥的50ml小燒杯中,攪勻各溶液。
(b)接通分光光度計(jì)電源,并調(diào)整好儀器,定波長(zhǎng)為500納米(nm)的光源.
(c)取4只1厘米的比色皿,往1只中加入去離子水(用作參比溶液,放在比色皿框中的第一個(gè)格內(nèi)),其余3只中分別加入上面配制的(1)或(2)或(3)號(hào)溶液至2/3體積處。測(cè)量各溶液的吸光度,并記錄數(shù)據(jù)。每次測(cè)定必須核對(duì)。記取穩(wěn)定的數(shù)值（九料化工http://f670.cn/）。
(d)為了測(cè)定其余編號(hào)溶液的吸光度,需保留去離子水供校正零點(diǎn)用。將其余3只比色皿洗凈并分別用少量待測(cè)溶液洗滌2次,再加入待測(cè)溶液至2/3體積處。按照上法一一測(cè)定之,并記錄數(shù)據(jù)。
以吸光度為縱軸,磺基水楊酸的摩爾分?jǐn)?shù)為橫軸作圖。從圖中找出最大吸收處。算出絡(luò)離子或絡(luò)合物的組成和穩(wěn)定常數(shù).
五、三價(jià)鐵離子與磺基水合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備的思考題
(1)本實(shí)驗(yàn)測(cè)定絡(luò)合物的組成及穩(wěn)定常數(shù)的原理如如果以0.01M Fe3+離子溶液代替0.001M Fe3+離子溶液,其它試劑的濃度是否也要相三大為什么?
(2)濃比遞變法的原理如何?如何用作圖法來(lái)子成合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)?
(3)在使用移液管量取一定體積的液體時(shí),在哪些應(yīng)注之處?
(4)在使用比色皿時(shí),操作上有哪些應(yīng)注意之?
.jpg "72型分光光度計(jì)線路的裝接示意圖")
.jpg "以吸光度為縱軸,磺基水楊酸的摩爾分?jǐn)?shù)為橫軸作圖")
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