液相反应平衡常数

华南师范大学实验报告

课程名称物理化学实验实验项目液相反应平衡常数的测定实验类型■验证□设计□综合实验时间 2013 年 11 月 05 日实验指导老师林晓明老师实验评分

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的数值与反应物起始浓度无关。

二、实验原理

Fe3+离子与SCN-离子在溶液中可生成一系列的络离子，并共存于同一个平衡体系中。当SCN-离子的浓度增加时，Fe3+离子与SCN-离子生成的络合物的组成发生如下的改变：

Fe3++SCN-→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)

2+→Fe(SCN)

3

→Fe(SCN)

4

-→Fe(SCN)

5

2-

而这些不同的络离子色调也不同。由图Ⅲ-11-2可知，当Fe3+离子与浓度很低的SCN-离子(一般应小于5×10-3mol·L)时，只进行如下反应：

Fe3+ + SCN- = FeSCN2+

即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN3+络离子。其平衡常数表示为：

根据朗伯-比尔定律，可知光密度与溶液浓度成正比。因此，可借助于分光光度计测定其光密度，从而计算出平衡时FeSCN2+络离子的浓度以及Fe3+离子和SCN-离子的浓度，进而求出该反应的平衡常数K C。

实验分为4组，不同组的Fe3+浓度不同，其中第一组的浓度极大，使用分光

光度计时，根据朗伯-比尔定律E

1=K[FeCNS2+]

1,e

(K为消光系数)

由于1号溶液中Fe3+浓度极大，平衡时CNS-与Fe3+完全络合，对于一号溶液

可认为[FeCNS2+]

1,e =[CNS-]

则E

1

=K[CNS-]

对于其它溶液，则E

i

=K[FeCNS2+]

1,e

两式

相除并整理得[FeCNS2+]

1,e =E

1

/E

1

[CNS-]

三、仪器与药品

1、仪器

722型分光光度计1台；50mL容量瓶8只；100mL烧杯4个；

刻度移液管10mL2支5mL1支；25移液管1支；50mL酸式滴定管1支；

洗耳球、洗瓶等

2、试剂

1×10-3mol·L KSCN(分析纯配置，需准确标定)；

0.1mol·LFeNH

4(SO

4

)

2

(需准确标定Fe3+浓度，并加HNO

3

使H+浓度0.1mol·L)；

1mol·LHNO

3；1mol·LKNO

3

(试剂均用分析纯配制)

四、实验步骤

1、取8个50ml容量瓶，按照下表编号，并按下表配置溶液并进行定容。

(注意：溶液的氢离子均为0.15mol/L，用HNO3 调节；溶液的离子强度均为0.7，

用KNO3来调节)

项目

容量瓶编号

1 2 3 4

1×10-3mol/LKCNS

取体积数/mL 10 10 10 10

实际浓度/（mol/L）0.0002 0.0002 0.0002 0.0002

Fe(NH4)(SO4)2

取体积数/mL 25 5 2.5 1

实际浓度/（mol/L）0.05 0.01 0.005 0.002 氢离子数量/（mol/L）0.0025 0.0005 0.00025 0.0001

1mol/LHNO

3

使反应体系H+=0.15mol/L 5 7 7.25 7.4

1mol/LKNO

3

使反应体系I=0.7 5 23 25.3 26.6

2、取4个标记号的50ml容量瓶，按表计算结果，将除KSCN溶液外的三种溶液分别取所需的体积按编号加入，并用蒸馏水冲至刻度（该溶液为测消光值的对比液）并置于恒温槽中恒温。

3、再取4个标记号的50ml容量瓶，按表计算结果，将4种溶液分别取所需的体积按编号加入（KSCN溶液最后加），并用蒸馏水冲至刻度（该溶液为液相反应体系）并置于恒温槽中恒温。

4、调整722型分光光度计，将其波长调至450nm，分别测定四组的消光值（吸光度），每组数字重复测量三次（更换溶液），取平均值。

五、数据记录（见后页附表）

六、数据处理与讨论

条件：恒温℃氢离子浓度0.15mol/L 总离子强度I=0.7 波长λ=450nm 项目1# 2# 3# 4#

消光度E1（平均）0.627 0.403 0.283 0.147 Ei/E1 0.643 0.451 0.234

1.286x10-40.902x10-40.468x10-4

[FeCNS2+]

i,e

9.871x10-3 4.9098x10-3 1.953x10-3

[Fe3+]

i,e

[CNS-]

0.714x10-4 1.098x10-4 1.532x10-4

i,e

Kc 1.825x102 1.673x102 1.564x102 Kc平均值 1.687x102

相对误差(%) 8.18 -0.83 -7.29

实验讨论：

通过实验数据，在不同浓度的溶液下，[Fe3+]与[CNS-]在水溶液中生[FeCNS2+]反应的平衡常数基本维持于168.7附近，相对误差较少，处于可以接受范围内。与参考文献数值K=1.9953（lgK1=2.3 北师大无机化学4版附录）接近，总体符合实验要求。

七、提问与思考

1、当Fe3+与CNS-浓度较大时，能否用式[FeCNS2+]

1,e =E

1

/E

1

[CNS-]

计算[FeCNS2+]络

离子生成的平衡常数？

答：当[Fe3+]与[CNS-]浓度较大时，将不再能够用公式[FeCNS2+]

1,e =E

1

/E

1

[CNS-]

计算[FeCNS2+]反应的平衡常数，因为当[CNS-]浓度较大时，则[FeCNS2+]

1,e ≠[CNS-]

则E

1≠K[CNS-]

，因此该等式将不再成立。

2、平衡常数与反应物起始浓度有无关系？

答：经实验验证结果，平衡常数与反应各个时候的浓度均无关系。

3、测定K C 时，为什么要控制酸度和离子强度？

答：由于Fe3+离子在水溶液中，存在水解平衡，所以Fe3+离子与SCN-离子的实际反应很复杂，其机理为：