液相反应平衡常数的测定(华南师范大学物化实验)

华南师范大学实验报告

液相反应平衡常数的测定

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液相反应的平衡常数。

（2）通过实验了解热力学平衡常数与反应物的起始浓度无关。

二、实验原理

Fe3+与SCN-在溶液中可生成一系列络离子，并共存于同一个平衡体系中。当SCN-的浓度增加时，Fe3+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++SCN-→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)3→Fe(SCN)4-→Fe(SCN)52-由图1可知，Fe3+与浓度很低的SCN-（一般应小于5×10-3mol/L）只进行如下反应。

Fe3++CNS-===Fe[CNS]2+

即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN3+。其平衡常数为

①

图1.SCN-浓度对络合物组成的影响

由于Fe(SCN)2+是带颜色的，根据朗伯-比尔定律，消光值与溶液浓度成正比，试验时，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Fe[CNS]2+的浓度[FeCNS2+]e，进而再推算出平衡时Fe3+和CNS-的浓度[Fe3+]e和[CNS-]e。根据式①一定温度反应的平衡常数K c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也在定温下消光值E i时（i为组数），根据朗伯-比尔定理E1=K[FeCNS2+]1,e（K为晓光系数）②

由于1号溶液中Fe3+大量过量，平衡时CNS-全部与Fe3+络合（下标0表示起

始浓度），对1号溶液可认为[FeCNS2+]1,e=[CNS-]0。

则E1=K[CNS-]0③

对其余组溶液E i=K[FeCNS2+]I,e④

两式相除并整理得⑤

达到平衡时，在体系中[Fe3+]i,e=[Fe3+]i,e=[Fe3+]0-[FeCNS2+]i.e⑥

[CNS-]i,e=[CNS-]0-[FeCNS2+]i.e⑦将式⑥、⑦代入①，可以计算出除第1组外各组（不同Fe3+起始浓度）反应

=值。

溶液的在定温下的平衡常数K i

，e

三、仪器与试剂

3.1实验仪器

721型分光光度计1台50mL容量瓶8个

100mL烧杯4个刻度移液管10mL（2支）、5mL（1支）25mL移液管1支50mL酸式滴定管1支

洗耳球1个洗瓶1个

3.2实验试剂

1×10-3mol/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(NH4)(SO4)2·12H2O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) 1mol/L KNO3(A.R)

四、实验步骤

（1）取8个50mL容量瓶，编好号，按表1的内容，配制好溶液。在这4个容量瓶中，溶液的氢离子均为0.15mol/L，用HNO3来调节；溶液的离子强度均为0.7，用KNO3来调节。

（2）取4个标记好的50mL容量瓶，按表1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，并用蒸馏水冲制刻度。该溶液为测消光值时的对比液。

（3）再取另外4个标记好的50mL 容量瓶，按表1的结果，将4种溶液分别去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。

（4）调整分光光度计，将波长调至450nm，分别测定4组反应溶液的消光值。每组溶液要重复测3次（更换溶液），取其平均值。

容量瓶编号

项目

1 2 3 4

KCNS 溶液（1×10-3mol/L）取体积数/mL 10 10 10 10

实际浓度

/(mol/L)

2×10-4 2×10-42×10-42×10-4

Fe(NH4)(SO4)2（0.1mol/L，其中含HNO30.1mol/L）取体积数/mL 25 5 2.5 1

实际浓度

/(mol/L)

5×10-2 1×10-25×10-32×10-3含H+量/

（mol/L）

2.5×10-35×10-4 2.5×10-41×10-4

HNO3溶液（1mol/L）

使反应体系

[H+]=0.15mol/

5 7 7.25 7.4

KNO3溶液（1mol/L）使反应体系

I=0.7

5 23 25.3 26.6

五、数据处理

室温：22.0℃大气压：102.31KPa

[H+]=0.15mol/L 总离子强度I=0.7 波长λ=450nm

表2.实验数据记录表

项目

溶液编号

1 2 3 4

消光值E i 0.616 0.397 0.278 0.148 Ei/E1 1 0.644 0.451 0.240

2.00×10-4 mol/L

1.29×

10-4 mol/L

9.02×

10-5 mol/L

4.80×

10-5 mol/L

[Fe3+]i,e=[Fe3+]i,e=[Fe3+]0-[FeCNS2+]i.e 4.98×

10-2

mol/L

9.87×

10-3 mol/L

4.91×

10-3 mol/L

1.95×

10-3 mol/L

[CNS-]i,e=[CNS-]0-[FeCNS2+]i.e0

7.10×

10-5 mol/L

1.10×

10-4 mol/L

1.52×

10-4 mol/L 184.08 167.01 161.94

K c 171.01

六、实验结果分析

本次实验测得三个样品溶液的平衡常数分别为184.08、167.01、161.94，可见编号为3、4的样品液所得的数据较为接近，而编号2的样品相差较大。在条件许可的情况下，应进行二次实验以获取较为准确的数据。根据化学数据手册，在298K温度下，Fe3+与SCN-反应的平衡常数为140。本次实验值与其相比较，相对误差高达22.15%。

分析误差产生的原因，首先从实验原理上分析，实验中[FeSCN]2+标准溶液是