磺基水杨酸合铁(Ⅲ)配合物的组成及稳定常数的测定

《工程化学实验》备课笔记

磺基水酸合铁(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：

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

水解平衡和磺基水酸电离平衡的表现稳定常数)。

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）、磺基水酸(0.0100mol·L-1)：根据磺基水酸的结晶水情况计算其用量

（分子式C6H3（OH）（COOH）SO3H，无结晶水的磺基水酸分子量为218.2），

将准确称量的分析纯磺基水酸溶于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-1 Fe3+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(0.01 mol·L-1)溶液稀释至该度，摇匀，备用。

(2)配制0.0010 mol·L-1)磺基水酸(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-1 HClO4/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。

表数据记录和处理

数据记录及处理

（1）实验数据记录

（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0.001，5 mL 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液的吸光度?

(5)使用分光光度计要注意哪些操作？