Порядок работы на калориметре фотоэлектрическом КФК-2

Лабораторная работа №4 (23)

Определение константы образования комплекса [Co(SCN)₄]^2- спектральным методом.

Допуск:

Выполнение:

Защита:

Цель работы: ознакомится с методикой спектрофотометрии, измерить оптическую плотность приготовленных растворов и рассчитать среднее значение константы образования комплекса роданида кобальта (II) [Co(SCN)₄]^2-.

Теоретическое введение

Изучение молекулярных спектров дает химику ценные сведения о строении и реакционной способности молекул. Спектральные методы исследования все шире применяются для изучения кинетики химических реакций, для исследования химического равновесия, для количественного и качественного анализа.

Связь между спектром и строением атомов и молекул раскрывает квантовая механика. Спектры молекул излучают в основном как спектры поглощения и спектры рекомбинационного вращения. Электронные спектры поглощения, возникающие при переходах электронов в возбужденные состояния, наблюдаются в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях.

При падении пучка света на слой окрашенного вещества, часть света отражается, часть поглощается и проходит через слой вещества.

При сравнительных измерениях поглощения света различными растворами пользуются одинаковыми кюветами, для которых интенсивность отраженной части светового потока постоянна и мала, потеря света за счет рассеяния при работе с истинными растворами также незначительна. Ослабление света происходит за счет поглощения световой энергии окрашенными растворами. Интенсивность падающего светового потока (J₀) и светового потока, прошедшего через слой окрашенного вещества (J), устанавливается законом, сформулированным Бугером в 1729 году. Согласно этому закону, однородные слои одного и того же вещества одинаковой толщины поглощают одну и ту же долю падающей на них световой энергии. Математически этот закон выражается уравнением:

J = J₀∙l^-El,

где E – коэффициент поглощения, являющийся индивидуальной характеристикой вещества для каждой длины волны, l – толщина поглощаемого слоя.

Обычно пользуются логарифмической формой записи:

lg (J₀/J) = kl,

где lg (J₀/J) - оптическая плотность раствора; обозначается D. Тогда:

D = kl.

Второй закон поглощения света, сформулирован Беером в 1862 году, выражает зависимость между интенсивностью прошедшего излучения и концентрацией поглощающего вещества в растворе. Оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации растворенного вещества при постоянной толщине слоя.

D = k C при l - const.

Образование комплекса роданида кобальта (II) [Co(SCN)₄]^2- протекает по реакции: Co²⁺+4SCN^- = [Co(SCN)₄]^2-

Константа образования для этой реакции равна:

K обр

= [Co(SCN)₄]^2- / C(Co 2+ ) × C 4 (SCN ^- )

Величина молярного коэффициента светопогащения (Е) иона рассчитывается по формуле:

E = D / C ( CO ²⁺ l

где D – оптическая плотность раствора № 7; l – толщина кюветы, см; С(Со²⁺) – концентрация комплексных ионов [Co(SCN)₄]^2-, г-ион/л.

Равновесные концентрации иона [Co(SCN)₄]^2- в растворах 1 – 6 рассчитываются:

С [Co(SCN)₄]^2- =

E × l

Зная исходные концентрации Со²⁺ и SCN^-, можно определить их равновесные концентрации в смесях:

C (Co²⁺) = Cобщ (Co²⁺) - С [Co(SCN)₄]^2-

C (SCN^-) = Cобщ (SCN^-) - 4С [Co(SCN)₄]^2-

Экспериментальная часть

1. В лаборатории для изучения константы образования комплекса [Co(SCN)₄]^2- используется фотоэлектроколориметр КФК-2мп.

2. Обратите внимание на то, что усиливать чувствительность прибора можно в том случае, когда стрелка индикатора уже подведена к нулю. После каждого измерения оптической плотности необходимо ручку чувствительности вращением против часовой стрелки установить в крайнее левое положение.

3. Боковые поверхности кювет перед измерениями необходимо тщательно протереть фильтровальной бумагой и при выполнении работы избежать касания пальцами свет пропускающих граней.

4. Приступить к измерению оптической плотности через 10-15 минут после приготовления растворов, т.е. после установления равновесия в смеси.

5. Обработанные растворы выливать в специально отведенный слив.

Порядок работы на калориметре фотоэлектрическом КФК-2

Передняя панель КФК-2

Крышка кюветного отделения 3 (в открытом положении шторка автоматически перекрывает световой поток на фотоэлемент).

Ручка переключения светофильтров (слева).

Ручка для перемещения кювет (в центре передней панели, внизу).

«Чувствительность» определяется электронным блоком 1, закрываемый крышкой 2. Установка «100» грубо и точно по шкале Т (пропускание).

Включение прибора

1. Открыть крышку кюветного отделения.

2. Установить ручку «чувствительность» в положение «1» грубо на черной или красной шкале и ручку «6» установка 100 ГРУБО в крайнее левое положение (минимальная чувствительность).

3. Включить колориметр в сеть штепсельной вилкой, а затем тумблером

«сеть», находящимся на задней панели прибора слева и прогреть прибор в течение 15 минут.

Задание

3.1 Рассчитать объемы, необходимые для приготовления растворов заданных концентраций из готовых водно–ацетоновых растворов, содержащих 0,01 кмоль/м³ Co(NO₃)₂ и 0,1 кмоль/м³ NH₄SCN и результаты расчета занести в табл. 1 (объем приготовляемого раствора указывается преподавателем или лаборантом).

3.2 Выбрать светофильтр, при котором оптическая плотность раствора, содержащего ионы Co2+ (раствор №8) была минимальна, а плотность раствора комплексного иона [Co(SCN)4]2- (раствор №7) максимальна. Полученные данные свести в табл. 2.

3.3 Определите оптическую плотность приготовленных растворов при выбранном светофильтре. Результаты эксперимента свести в таблицу в табл.1.

3.4 Построить графическую зависимость в координатах D = f(CSCN-), где CSCN— равновесная концентрация роданид- иона.

3.5 Рассчитать коэффициент поглощения комплекса по значению оптической плотности раствора №7, и равновесные концентрации ионов [Co(SCN)4]2-, Co2+ и SCN- в растворах 1-6. Вычислить значения констант равновесия по найденным равновесным концентрациям и определить среднюю величину

Выполнение эксперемент

Табл.1

Данные по приготовлению водно-ацетоновых растворов и их оптической плотности

№ колбы	1	2	3	4	5	6	7
[SCN^-] 10³ моль/литр	0,0028	0,0032	0,0040	0,0048	0,0052	0,0056	0,016
[Co²⁺] 10⁴ моль/литр	0,0004	0,0004	0,0004	0,0004	0,0004	0,0004	0,0004
VCo(NO₃)₂, мл	4	4	4	4	4	4	4
V NH₄SCN, мл	2,8	3,2	4,0	4,8	5,2	5,6	16,0
Оптическая плотность	0,16	0,23	0,39	0,48	0,56	0,62	1,1
Длина волны	400	440	490	540	590	670	750
Оптическая плотность	0,05	0,12	0,15	0,20	1,15	0,50	0,07

Допустим, что нужно приготовить 100 мл растворов

C(NH4SCN) = 0,1 моль/л

С(Co(NO3)2) = 0,01 моль/л

Рассчитываем по формуле:

Cm = n/V

V = n/Cm

Для раствора соли кобальта: в 100 мл раствора содержится 0,0004*0,1 = 0,00004 моль соли.

Тогда объем исходного раствора: 0,00004моль/0,01 моль/л = 0,004 л или 4 мл

Для раствора роданида аммония: в 100 мл раствора содержится 0,0028*0,1 = 0,00028 моль соли.

Тогда объем исходного раствора: 0,00028моль/0,1 моль/л = 0,0028 л или 2,8 мл

Расчет коэффициента поглощения комплекса:

Е = D/C(Co²⁺) * l = 1,1/0,0004 * 1 = 2750

Равновесные концентрации ионов:

1 раствор:

C[Co(SCN)₄]^2- = D/E * l = 0,16/2750 * 1 = 0,000058 моль/л

С(Со²⁺) = 0,0004 – 0,000058 = 0,000325 моль/л

С(SCN^-) = 0,0028 – 4 * 0,000058 = 0,002568 моль/л

Константа для 1 раствора:

К₁ = 0,000058/0,000325 * (0,002568)4 = 4,10 * 109

2 раствор:

C[Co(SCN)₄]^2- = D/E * l = 0,23/2750 * 1 = 0,000084 моль/л

С(Со²⁺) = 0,0004 – 0,000084 = 0,000316 моль/л

С(SCN^-) = 0,0032 – 4 * 0,000084 = 0,002864 моль/л

Константа для 2 раствора:

К2 = 0,000084/0,000316 * (0,002864)4 = 3,95 * 109

3 раствор:

C[Co(SCN)₄]^2- = D/E * l = 0,39/2750 * 1 = 0,00014 моль/л

С(Со²⁺) = 0,0004 – 0,00014 = 0,00026 моль/л

С(SCN^-) = 0,0040 – 4 * 0,00014 = 0,00344 моль/л

Константа для 3 раствора:

К3 = 0,00014/0,00026 * (0,00344)4 = 3,85 * 109

4 раствор:

C[Co(SCN)₄]^2- = D/E * l = 0,48/2750 * 1 = 0,00017 моль/л

С(Со²⁺) = 0,0004 – 0,00017 = 0,00023 моль/л

С(SCN^-) = 0,0048 – 4 * 0,00017 = 0,00412 моль/л

Константа для 4 раствора:

К4 = 0,00017/0,00023 * (0,00412)4 = 2,57 * 109

5 раствор:

C[Co(SCN)₄]^2-= D/E * l = 0,56/2750 * 1 = 0,00020 моль/л

С(Со²⁺) = 0,0004 – 0,00020 = 0,00020 моль/л

С(SCN^-) = 0,0052 – 4 * 0,00020 = 0,0044 моль/л

Константа для 5 раствора:

К5 = 0,00020/0,00020 * (0,0044)4 = 2,67 * 109

6 раствор:

C[Co(SCN)₄]^2- = D/E * l = 0,62/2750 * 1 = 0,00023 моль/л

С(Со²⁺) = 0,0004 – 0,00023 = 0,00017 моль/л

С(SCN-) = 0,0056 – 4*0,00023 = 0,00468 моль/л

Константа для 6 раствора:

К6 = 0,00023/0,00017 * (0,00468)4 = 2,82 * 109

Среднее значение константы: 4,10+3,95+3,85+2,57+2,67+2,82/6 = 3,33

3,33*10⁹

График зависимости оптической плотности от концентрации роданид-ионов:

График зависимости оптической плотности от равновесной концентрации роданид-ионов:

Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 78; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!