三价铁离子与磺基水合物的组成和稳定常数的测定
化学试剂,九料化工商城 / 2020-11-02
一、三价铁离子与磺基水合物的组成和稳定常数的测定实验目的
1.了解用比色法测定络合物的组成和络离子的稳定常数的原理和方法；
2.学习分光光度计的使用及有关实验数据的处理方法
二、三价铁离子与磺基水合物的组成和稳定常数的测定提要
当一束波长一定的单色光通过有色溶液时,有一部分光被有色溶液吸收，一部分光透过，设C为溶液的浓度,l为溶液的厚度,则吸光度（也称光密度或消光度）D与有色溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。这叫做朗拍-比尔定律,其数学表达方式为：
D=RC¿
式中R为比例常数,叫做吸光系数,其数值与入射光的波长以及溶液的性质，温度有关。若入射光的波长、温度和比色皿均一定(¿一定),则吸光度度F=D只与有色溶液浓度C成正比。
设中心离子M和配位体L在给定条件下反应，只生成一种有色离子或络合物MLn(略去电荷符号):
M+π↔MLπ
若M和L都是无色的,则此溶液的吸光度与有色络离子物或络合物的浓度成正比。据此,可用浓比递变法(或称摩尔系列法)测定该络离子或络合物的组成和稳定常数，方法如下:
.jpg "配位体摩尔分数-吸光度图")
配制一系列含有中心离子M与配位体L的溶液，M与L的总摩尔数相等，但各自的摩尔分数连续改变,例如L的摩尔分数依次为0、0.1、0.2、0.3……0.9、1.0.在一定波长的单色光中分别测定这系列溶液的吸光度,有色络离子或络合物的浓度越大，溶液颜色越深,其吸光度越大。当M和L恰好全部形成络离子或合物时(不考虑络离子的离解），MLπ的浓度最大，吸光度也最大。若以吸光度D为纵坐标，以配位体的摩尔分数为横坐标作图，可长曲线两边的直线部分，相交于A点，A点即为最大吸收处，配位体的摩尔分数为0.5，则中心离子的摩尔分数为1.0-0.5=0.5.所以，
配位体摩尔数 配位体摩尔分数 0.5
---------------=-----------------=----------=----------=1
中心离子摩尔数 中心离子摩尔分数 0.5
由此可知,该络离子或络合物的组成为ML型。
络离子稳定常数亦可根据图19-1而求得。从图19-1还可以看出,对于ML型络离子或络合物,若它全部以ML形式存在,则其最大吸光度应在A处,即吸光度为E1;但由于络合物有一部分离解,其浓度要稍小一些,实际测得的最大吸光度在B处,即吸光度为E2。此时络离子或络合物的离解度为
E1-E2
a=--------
E1
离子或络合物ML的稳定常数与离解度的关系如下:
ML↔M + L
起始时浓度 C 0 0
平衡时浓度 C-Ca Ca Ca
[ML] 1-a
K稳=------=------
[M][L] Ca²
式中C表示A点的中心离子的摩尔浓度。
磺基水杨酸与Fe3+离子形成的螯合物的组成因PH不同而不同,在PH为2~3时,生成紫红色的螯合物(有1个配位体),反应可表示如下:
Fe3++-O3S◇-OH↔-O3S◇-----O\
\ \ FE++2H+
COOH C----O／
‖
O
pH为4~9时,生成红色的螯合物(有2个配位体);pH为9~11.5时，生成黄色的螯合物(有3个配位体)pH>12时,有色螯合物被破坏而生成Fe(OH)3沉淀。本实验是在PH<2.5的条件下进行测定的。
三、仪器和药品
.jpg "72型分光光度计光学系统")
1.仪器烧杯(50m1 11只,600ml)、分光光度计、容量瓶100ml 2只)、移液管(10ml 5支)、吸气橡皮球、玻璃棒、
附 72型分光光度计使用说明
A.仪器
72型分光光度计是简易型分光光度计,由磁饱和稳压器、单色光器和检流计组成,其光学系统如图19-2所示。
由光源1发出的白光经过进光狭缝2、反射镜3和透镜4后,成为平行光束进入棱镜5,经棱镜色散后,各种波长的光被镀铝反射镜6反射,经透镜7再聚光于出光狭缝8。镀铝反射镜和透镜装在一个可转动的转盘上,转盘转动的角度是由波长调节器时，因此转动波长调节器时,就可以在出光狭缝的后面得到所需要波长的单色光。此光通过比色皿9和光量调节器10射到光电池11上,产生的光电流输入检流计12,得出吸光度读数。
仪器线路的装接如图19-3所示。将磁饱和稳压器接上220伏交流电源。把单色光器一边与磁饱和稳压器相连接,另一边再与检流计相连接(红色套管导电片接在“+”处绿色套管导电片接在“一”处,第三片导电片接地线“〧”)。再将检流计接上220伏交流电源。
B.三价铁离子与磺基水合物的组成和稳定常数的测定操作步骤
(a)将仪器按图19-3装接好后,先将检流计电源开关7，稳压器电源开关1以及单色光器光源开关4都拨到“关”的位置,然后再把稳压器及检流计分别接通2伏交流电。
(b)将单色光器的光路闸门3拨到黑点位置,将计电开关7到“开”的位置,此时标尺上即出现光标线。用检流计的零点调节器8、9将光标线准确地调节到光百分透光度)的零点。
(c)将稳压器的输出电压接到所需电压的接线柱上(10伏）,开通稳压器的电源开关1和单色光器的光源开关4,把关路闸门3拨到红点位置,此时光源进入器的光部分。以顺时针方向旋转光量调节器6至光标线移至透光率100处,使硒光电池得到最大的受无面等.10分钟,待硒光电池趋于稳定后,再开始使用仪器。
(d)把波长调节器2调到所需要的波长度处,颜色与所需要的波长的关系如下：
溶液颜色 青紫 蓝 蓝带绿 绿带蓝 绿
需要波长(纳米) 540~460 570~600 600~630 630~760 400~420
溶液颜色 绿带黄 黄 橙红 红
需要波长(纳米) 430~440 440—~450 450~480 490~530
(e)将单色光器的光路闸门3到黑点位置,使光电池不受到光照射,再次核对检流计的光标线是否在透光率的零点。
(f)将盛溶液的比色皿放入比色皿架10,一般把空白溶液(常用去离子水)放在第一格内(拉杆压入至有“卡”声处),显色溶液放在其它格内(拉杆抽出至适当位置),盖好暗箱盖子。
(g)将空白溶液放在光路上,把光路闸门3到红点位置后,转光量调节器6,将检流计上的光标线准确地调节到吸光度的零点。
(h)把拉杆抽出一格,使显色溶液进入光路,光标线所指的吸光度读数就是该溶液的吸光度。必要时,将空白溶液推入光路,核对吸光度是否仍在零点,并再读数一次。
C.注意事项
(a)为了防止光电池疲劳,在不测定时应经常关闭单色光器的光路闸门3(到黑点位置),光电池连续照光时间不能太长(最好是间歇半小时后,再使用)。
(b)比色皿有两个表面为透光面,不可用手指直接接触,以免沾上油污或磨损,影响其透光率。在拿比色皿时,应捏住两边的磨砂面。比色皿一般用自来水、去离子水洗涤;测定时,为了避免待测溶液浓度改变,需先用待测溶液淋洗数次,再注入待测溶液并用吸水纸将沾附皿壁的液体干。若对光观察清洁透明,即可放入比色皿架中,并应注意它们的位置,尽量使它们前后一致,否则容易造成测定误差。
(c)仪器在使用时,应常关闭光路闸门来核对检流计的“0”点位置是否有改变。
2.药品
高氯酸HCIO4(0.01M)[注1]
磺基水杨酸HO3S◇-OH(0.0100M)[注2]
\
COOH
硫酸高铁铵Fe(NH4)(SO4)2(0.0100M)[注3]
[注1]将4.4ml 70%HClO4加入50ml水中,稀释到5000ml
[注2]将分析纯磺基水杨酸溶于0.01M HC1O4中配制而成。
[注3]将分析纯硫酸高铁铵Fe(NH4)(SO4)2.12H2O晶体溶于0.01M HCio4中配制而成.
四、三价铁离子与磺基水合物的组成和稳定常数的测定实验内容
1.溶液的配制
(a)配制0.00100M Fe3+离子溶液用10ml移液管吸取10.0mL 0.0100M硫酸高铁铵溶液,注入100ml容量瓶中,用0.01M COIO4溶液稀释至刻度,摇匀备用。
(b)配制0.00100M磺基水杨酸溶液用10ml移液管吸取10.0ml 0.0100M磺基水杨酸溶液,注入100ml容量瓶中,用0.01M HCIO4溶液稀释至刻度,摇匀备用.
2.浓比递变法测定有色络离子或络合物的吸光度
(a)用10ml移液管按下页表的数量吸取各溶液,分别注入已编号的干燥的50ml小烧杯中,搅匀各溶液。
(b)接通分光光度计电源,并调整好仪器,定波长为500纳米(nm)的光源.
(c)取4只1厘米的比色皿,往1只中加入去离子水(用作参比溶液,放在比色皿框中的第一个格内),其余3只中分别加入上面配制的(1)或(2)或(3)号溶液至2/3体积处。测量各溶液的吸光度,并记录数据。每次测定必须核对。记取稳定的数值（九料化工https://www.999gou.cn/）。
(d)为了测定其余编号溶液的吸光度,需保留去离子水供校正零点用。将其余3只比色皿洗净并分别用少量待测溶液洗涤2次,再加入待测溶液至2/3体积处。按照上法一一测定之,并记录数据。
以吸光度为纵轴,磺基水杨酸的摩尔分数为横轴作图。从图中找出最大吸收处。算出络离子或络合物的组成和稳定常数.
五、三价铁离子与磺基水合物的组成和稳定常数的测定实验前准备的思考题
(1)本实验测定络合物的组成及稳定常数的原理如如果以0.01M Fe3+离子溶液代替0.001M Fe3+离子溶液,其它试剂的浓度是否也要相三大为什么?
(2)浓比递变法的原理如何?如何用作图法来子成合物的组成和稳定常数?
(3)在使用移液管量取一定体积的液体时,在哪些应注之处?
(4)在使用比色皿时,操作上有哪些应注意之?
.jpg "72型分光光度计线路的装接示意图")
.jpg "以吸光度为纵轴,磺基水杨酸的摩尔分数为横轴作图")
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