磺基水杨酸合铁(Ⅲ)配合物的组成及稳定常数的测定

1《工程化学实验》备课笔记磺基水杨酸合铁(Ⅲ)配合物的组成及稳定常数的测定实验目的1．掌握用比色法测定配合物的组成和配离子的稳定常数的原理和方法。2．进一步学习分光光度计的使用及有关实验数据的处理方法。实验原理磺基水杨酸(，简式为H3R)的一级电离常数K1θ=3×10-3与Fe3+可以形成稳定的配合物，因溶液的pH不同，形在配合物的组成也不同。磺基水杨酸溶液是无色的，Fe3+的浓度很稀时也可以认为是无色的，它们在pH值为2～3时，生成紫红色的螯合物(有一个配位体)，反应可表示如下：pH值为4～9时，生成红色螯合物(有2个配位体)；pH值为9～11.5时，生成黄色螯合物(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。测定配合物的组成常用光度计，其前提条件是溶液中的中心离子和配位体都为无色，只有它们所形成的配合物有色。本实验是在pH值为2～3的条件下，用光度法测定上述配合物的组成和稳定常数的，如前所述，测定的前提条件是基本满足的；实验中用高氯酸(HClO4)来控制溶液的pH值和作空白溶液(其优点主要是ClO4-不易与金属离子配合)。由朗伯—比尔定律可知，所测溶液的吸光度在液层厚度一定时，只与配离子的浓度成正比。通过对溶液吸光度的测定，可以求出该配离子的组成。下面介绍一种常用的测定方法：等摩尔系列法：即用一定波长的单色光，测定一系列变化组分的溶液的吸光度(中心离子M和配体R的总摩尔数保持不变，而M和R的摩尔分数连续变化)。显然，在这一系列的溶液中，有一些溶液中金属离子是过量的，而另一些溶液中配体是过量的；在这两部分溶液中，配离子的浓度都不可能达到最大值；只有当溶液离子与配体的摩尔数之比与配离子的组成一致时；配离子的浓度才能最大。由于中心离子和配体基本无色，只有配离子有色，所以配离子的浓度越大，溶液颜色越深，其吸光度也就越大，若以吸光度对配体的摩尔分数作图，则从图上最大吸收峰处可以求得配合物的组成n值，如图所示，根据最大吸收处：2等摩尔系列法由此可知该配合物的组成（MR）。最大吸光度A点可被认为M和R全部形成配合物时的吸光度，其值D1。由于配离子有一部分离解，其浓度再稍小些，所以实验测得的最大吸光度在B点，其值为D2，因此配离子的离解度α可表示为：α=(D1-D2)/D1再根据1∶1组成配合物的关系式即可导出稳定常数K稳θ或β。式中是c相应于A点的金属离子浓度(这里的是K稳θ没有考虑溶液中的Fe3+离子的水解平衡和磺基水杨酸电离平衡的表现稳定常数)。3试剂和仪器1．仪器：UV2600型紫外可见分光光度计，烧杯(100mL，3只)，容量瓶(100mL，9只)，移液管(10mL，2只)，洗耳球，玻璃棒，擦镜纸2．试剂以下试剂由教师准备酸：1）、HClO4(0.01mol·L-1)：将4.4mL70%HClO4溶液加入50mL水中，稀释到5000mL。2）、磺基水杨酸(0.0100mol·L-1)：根据磺基水杨酸的结晶水情况计算其用量（分子式C6H3（OH）（COOH）SO3H，无结晶水的磺基水杨酸分子量为218.2），将准确称量的分析纯磺基水杨酸溶于0.01mol·L-1HClO4溶液中配制成1000mL。盐：(NH4)Fe(SO4)2(0.0100mol·L-1，1000mL)：将4.8220g分析纯(NH4)Fe(SO4)2·12H2O(分子量为482.2)晶体溶于0.01mol·L-1HClO4溶液中配制成1000mL。实验步骤1.溶液的配制(1)配制0.0010mol·L-1Fe3+溶液用移液管吸取10.00mL(NH4)Fe(SO4)2(0.0100mol·L-1)溶液，注入100mL容量瓶中，用HClO4(0.01mol·L-1)溶液稀释至该度，摇匀，备用。(2)配制0.0010mol·L-1)磺基水杨酸(H3R)溶液用移液管量取10.00mLH3R(0.0100mol·L-1)溶液，注入100mL容量瓶中，用HClO4(0.01mol·L-1)溶液稀释至刻度，摇匀，备用。2.系列配离子(或配合物)溶液吸光度的测定(1)用移液管按表的体积数量取各溶液，分别注入已编号的100mL容量瓶中，用0.01mol·L-1HClO4/mL定容到100mL。(2)用波长扫描方式对其中的５号溶液进行扫描，得到吸收曲线，确定最大吸收波长。(3)选取上面步骤所确定的扫描波长，在该波长下，分别测定各待测溶液的吸光度，并记录已稳定的读数。4表数据记录和处理编号摩尔比0.001mol·L-1Fe3+/mL0.001mol·L-1磺基水杨酸/mL0.01mol·L-1HClO4/mL00010用0.01mol·L-1HClO4/mL定容到100mL10.11.009.0020.22.008.0030.33.007.0040.44.006.0050.55.005.0060.66.004.0070.77.003.0080.88.002.0090.99..001.00101100数据记录及处理（1）实验数据记录摩尔比：Fe/(Fe+acid）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91A(吸光度)（2）用等摩尔变化法确定配合物组成：根据表中的数据，作吸光度A对摩尔比（Fe/acid）的关系图。将两侧的直线部分延长，交于一点，由交点确定配位数n。按（3）计算配合物的稳定常数。（3）磺基水杨酸合铁（Ⅲ）配合物的组成及其稳定常数的求得从图中找出D1和D2，计算α和稳定常数。其中C为配合物初始浓度：本实验条件下，配合物配合比为1:1，即摩尔比为0.5。此时配合物初始浓度为：C=0.001×5/100（母液浓度为0.001，5mL混合后，变为100mL，）思考题(1)本实验测定配合物的组成及稳定常数的原理如何?(2)用等摩尔系列法测定配合物组成时,为什么说溶液中金属离子的摩尔数与配位体的摩尔数之比正好与配离子组成相同时，配离子的浓度为最大?(3)在测定吸光度时，如果温度变化较大,对测得的稳定常数有何影响?(4)本实验为什么用HClO4溶液作空白溶液?为什么选用500nm波长的光源来测定溶5液的吸光度?(5)使用分光光度计要注意哪些操作？