醋酸解离度和解离常数的测定(精)

Determination of Dissociation Degree and Dissociation Constant of

Acetic Acid

一、实验目的

1．了解pH法测定醋酸解离度和解离常数的原理。

2．学习pH计使用方法，进一步练习滴定管、移液管等基本操作。

二、预习内容

1．吸管、移液管和容量瓶的正确使用。 2．酸碱滴定管的正确使用。 3．如何控制终点前的半滴操作。 4．酸度计的正确使用。

三、实验原理

醋酸是一元弱酸，在水溶液中存在着下列平衡：

HAc(aq) = H+ (aq) + Ac- (aq)

开始浓度 /mol·dm-3 c 0 0 平衡浓度 /mol·dm-3 c -cα cα cα 其解离常数表达式：

c(H+)c(Ac-)222θθcccKa = c = = ≈ cα2 c(HAc)cc1θcα为醋酸的解离度。

在一定温度时，用pH计测定一系列已知浓度的醋酸的pH值，再按pH= -lgc(H)，求

出c(H)。根据c(H) = cα，即可求得一系列的HAc的α和Ka值，取其平均值即为在该

+++温度下HAc的解离常数。

四、实验仪器和药品

1．仪器

pHS-25型酸度计、气流烘干器、50cm3酸式滴定管两支、50cm3碱式滴定管一支、100cm3

烧杯四只、250cm3锥形瓶两只、25cm3移液管一支、玻璃棒、0℃～100℃温度计一支（公用）、

1

铁架、滴定管夹、吸气橡皮球、洗瓶、滤纸。 2．药品

① HAc溶液（约0.1mol·dm-3）

② 标准NaOH溶液(约0.1mol·dm-3，4位有效数字) ③ 酚酞（1%）

五、实验内容及操作步骤

1．醋酸溶液浓度的标定

用移液管移取2份25cm3 0.1mol·dm-3 HAc溶液，分别注入2只锥形瓶中，各加2滴酚酞。分别用标准NaOH溶液滴定至溶液刚出现粉红色，轻轻摇荡后半分钟不褪色为止。记下滴定前和滴定后碱式滴定管读数，算出醋酸溶液的精确浓度。

公式：c(HAc)·V(HAc)= c(NaOH)·V(NaOH) 2．配制不同浓度的HAc溶液

在四只干燥的100cm3烧杯中（编号为1、2、3、4），用酸式滴定管分别加入已标定的HAc溶液于1号杯48.00cm3，2号杯24.00cm3，3号杯12.00cm3，4号杯6.00cm3。再从另一盛有去离子水的滴定管往2、3、4号杯中分别加入24.00cm3、36.00cm3、42.00cm3去离子水，并混合均匀待测。 3．溶液pH值的测定

用酸度计分别测定上述各种浓度的HAc溶液（由稀到浓）的pH值（酸度计的使用参见附：LpH-802中文台式酸度计操作步骤），并记录每份溶液的pH值及测定时的室温。

六、实验数据的记录与处理

1． HAc浓度的标定

c（NaOH）= mol·dm-3 编号 1 2

HAc体积（cm3） 25.00 25.00

滴定管起始

滴定管终了

消耗NaOH

c (HAc)

c(HAc)

（mol·dm-3）

读数（cm3） 读数（cm3） 体积（cm3） （mol·dm-3）

2

2． HAc溶液的pH值及解离常数 编号 1 2 3 4

HAc体积（cm3） 48.00 24.00 12.00 6.00

θH2O体积（cm3） 0.00 24.00 36.00 42.00

HAc浓度

pH值

（mol·dm-3）

c (H+) （mol·dm-3）

解离度 α

解离常数

Ka= cα2

3． 计算Ka的平均值

溶液T = ℃ Ka（平均）=

七、注意事项

1．平行滴定时指示剂的用量要一致；

2．滴定操作要规范，要控制好终点前的半滴操作； 3．测量pH值之前，烧杯必须洗涤并干燥； 4．复合电极要轻拿轻放，避免损坏；

5．测定不同浓度醋酸溶液的pH值时，宜按由稀到浓的顺序测定。

附： LpH-802中文台式酸度计操作步骤

1. 装配：请按如下图示装配酸度计。

2. 通电预热30分钟；

3. 按“退出”键进入主菜单，按“︽、︾”键将光标移到“标定”项，按“确认”键进入标定方法

LPH-802中文台式酸度计示意图

3

选择界面，按“︽、︾”键选择“两点标定”，按“确认”键即可按如下步骤进行标定：

06年01月02日标定结果： E0=xx.xx 误差:X.XXpH S=x.xxx 误差:XX.XX% 存储完毕 如选择“合格”，标定的结果自动存储，三秒钟后显示消出，进入测量态。在“E0.S值查询”和“参数”菜单中可查询到。如选“失败”，将退到“标定”子菜单。

4

请将电极取出，洗净，用滤纸吸干水滴,放入标液中 等待 完成 首先应确保pH电极和温补电极同时置入已知pH的溶液中。

按提示准备好后，选择“完成”。

请选择标液一: 4.00pH 6.86pH 9.18pH 标液温度 21.2℃ 4.15 mV 缓慢晃动容器,待mV稳定 理论值（25℃）： +8.3 mV 不稳定 稳定 建议用户选比较接近被测液的两种标液之一。三种标液的理想mV数(25℃)为:

4.00pH----- +177.5mV 6.86pH----- +8.3mV 9.18pH----- -129.0mV

待显示的mV数稳定后，才能进行下一步。还应观察稳定后的mV数是否与该标液的理想值相近，如差得太远，得找原因，不要急于选“稳定”。

请选择标液二: 4.00pH 9.18pH 选另一个较接近被测pH值的标液（如9.18）。 前面选了6.86,此处就没有了 第二种标液：-125.0 mV 缓慢晃动容器,待mV稳定 理论值（25℃）：-129.0 mV 不稳定 稳定 因选的第二种标液是9.18pH，mV数又稳定在-125.0，距-129.0很近，可选“稳定”进行下一步了。

97年01月02日标定结果： E0=xx.xx mV 误差:X.XXpH S= x.xxx 误差:XX.XX% 合格 失败 “误差”说明了电极的老化程度，失效的电极误差很大。此时，用户要做出判断，看标定结果是否合乎要求，具体值就要用户自己根据现场对测量精度的具体要求等多种因素确定。

4. 将电极插入装有被测水样的烧杯中，（注意不要接触杯壁或杯底）水样稳定后，即可读

数。

5. 测量完毕后，取出复合电极，用蒸馏水淋洗电极，套上复合电极帽，并关闭电源。

请将电极取出，洗净，用滤纸吸干水滴,放入标液中 等待 完成 标定结束，按屏幕操作，选择“完成”便可以进行测量。

5

实验二 氧化还原与电化学

Oxidation-reduction and Electrochemistry

一、实验目的

1．了解原电池的组成及其电动势的粗略测定。

2．了解电极电势与氧化还原反应的关系以及介质的酸碱性对电极电势、氧化还原反应的影响。

3．了解一些氧化还原电对的氧化还原性。 4．了解电化学腐蚀的基本原理及其防止的方法。

二、预习内容

1．氧化还原反应方向与电极电势之间有何关系？

2．在电极电势与氧化还原反应方向实验内容中，哪些物质之间能发生反应？反应过程中可能产生什么现象？哪些物质之间不能发生反应？为什么？能反应的写出反应方程式。

3．写出KMnO4在酸性介质中与KBr反应的方程式，并分析介质的酸度对上述氧化还原反应速率有何影响。

三、实验原理

电极电势的大小表示电对中氧化态物质得电子的倾向或者电对中还原态物质失电子的倾向。电对的电极电势代数值越大，对应的氧化态物质的氧化能力越强，还原态物质的还原能力越弱；反之亦然。

水溶液中自发进行的氧化还原反应的方向可由电极电势数值加以判断。自发进行的氧化还原反应中，氧化剂电对的电极电势代数值应大于还原剂电对的电极电势代数值，即：

（氧化剂电对）＞（还原剂电对）

通常情况下，可用标准电极电势来衡量：（氧化剂电对）＞（还原剂电对） 当氧化剂电对与还原剂电对的相差很小时，应考虑溶液中离子浓度对电极电势的影响。

以含氧酸根离子作氧化剂时，其电极电势随着溶液中H+浓度的增大而增大。即介质的酸度也是影响值的因素之一。如KMnO4在不同酸度介质中的半反应及标准电极电势如下：

 6

酸性介质中 MnO4 + 8 H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O =1.419V 中性或弱碱性溶液中 MnO4 +2 H2O +3e= MnO2(s) + 4OH =0.588V 2碱性介质中 MnO4 +e = MnO4 =0.5V

中间价态化合物一般既可作氧化剂又可作还原剂。例如H2O2作氧化剂而被还原为H2O

（或OH） H2O2 + 2 H+ + 2e= 2H2O =1.776V

但遇强氧化剂如高锰酸钾（酸性介质）时又作还原剂被氧化生成氧气。

O2 + 2 H+ + 2e= H2O2 =0.682V

利用氧化还原反应产生电流的装置叫做原电池。例如Cu—Zn原电池 （－）Zn｜ZnSO4（1mol·dm-3）‖CuSO4（1mol·dm-3）｜Cu（＋） 负极Zn： Zn - 2e = Zn2+ 氧化反应 正极Cu： Cu2+ + 2e = Cu 还原反应

电池反应 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 氧化还原反应

利用氧化还原反应可制作印刷电路板，例如：

Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2

电化学腐蚀是由于金属在电解质溶液中形成与原电池相似的腐蚀电池而引起的腐蚀，在腐蚀电池中较活泼的金属作阳极（负极）被氧化，而阴极（正极）仅起传递电子的作用，本身不被腐蚀。在腐蚀性介质中，加入少量能防止或延缓腐蚀过程的物质叫做缓蚀剂，例如六亚甲基四胺（乌洛托品）可用作钢铁在酸性介质中的缓蚀剂。

四、实验仪器和药品

1．仪器

烧杯、试管、表面皿、盐桥、伏特计、导线、镊子、砂纸、电极（锌片、铜片、铁钉）、滴管。 2．药品

（1）HCl溶液（0.1mol·dm-3） （3）HAc溶液（6mol·dm-3） （5）CuSO4溶液（0.5mol·dm-3） （7）FeCl3溶液（0.1mol·dm-3）

（2）H2SO4溶液(3mol·dm-3) （4）NaOH溶液（6mol·dm-3） （6）FeSO4溶液（0.1mol·dm-3） （8）KBr溶液（0.1mol·dm-3）

7

（9）KI溶液（0.1mol·dm-3） （11）KMnO4溶液（0.01mol·dm-3） （13）Na2SO3溶液（0.1mol·dm-3） （15）Pb(NO3)2溶液（0.1mol·dm-3） （17）饱和溴水 （19）四氯化碳

（21）乌洛托品溶液（20%） （23）粗铜丝（铜棒）

（10）KClO3溶液（0.1mol·dm-3） （12）Na2S溶液（0.1mol·dm-3） （14）K3[Fe(CN)6]溶液（0.1mol·dm-3） （16）ZnSO4溶液（0.5mol·dm-3） （18）饱和碘水

（20）过氧化氢溶液（3%） （22）纯锌粒

五、实验内容及操作步骤

１．电极电势与氧化还原反应方向

确定Br2/Br-、I2/I-、Fe3+/Fe2+三个电对在电极电势表中的顺序：

（1）向分别盛有10滴 0.1mol·dm-3 KI溶液和KBr溶液的两支试管中各加入2滴0.1mol·dm-3FeCl3溶液，混合均匀后再各加入5滴CCl4充分振荡，观察CCl4层中颜色有何变化？其反应式为：

2Fe3+ + 2I= 2Fe2+ + I2（I2溶于CCl4中呈紫红色） Fe3+ +Br--（表示不反应）

（2）在两支各盛有10滴0.1mol·dm-3 FeSO4溶液的试管中分别滴入2滴饱和溴水和饱和碘水，摇动试管，观察滴入的溴水和碘水的颜色有何变化。其反应式为：

2Fe2+ + Br2 = 2Fe3+ + 2Br Fe2+ + I2

-

--由（1）、（2）可知，氧化性：Br2 > Fe3+ > I2； （I2/I）〈（Fe3+/ Fe2+）〈（Br2/Br）。

２．原电池的组成及其电动势的测定

在两只50cm3的小烧杯中，分别加入30cm3 0.5mol·dm-3 CuSO4和0.5mol·dm-3 ZnSO4溶液。在CuSO4中插入带导线的铜片，在ZnSO4中插入带导线的锌片组成两个电极，中间以盐桥连通。将铜片和锌片上的导线分别与伏特计的正负极相接，测量两极之间的电压。见图2。（注：c（Cu2+）= c（Zn2+）=0.5mol·dm-3时的理论电动势E=1.1218V）

8

图2 原电池装置示意图

３．介质对氧化还原反应产物的影响

（1）KMnO4在不同介质中的反应：在三支试管中，各加入1滴0.01mol·dm-3 KMnO4

溶液，然后向第一支试管中加入3滴3mol·dm-3 H2SO4，使溶液酸化；向第二支试管中加入数滴水；向第三支试管中加入5滴6 mol·dm-3 NaOH溶液，然后各加入3滴0.1mol·dm-3 Na2SO3溶液，观察反应产物有何不同。其反应式为：

2MnO4（紫）+ 6H+ + 5SO3= 2Mn2+（肉红色或无色）+ 5SO4+ 3H2O 2MnO4 + H2O + 3SO3= 2MnO2 ↓(棕褐色) + 3SO4+ 2OH

-2-2-2--2MnO4 +2OH + SO3= 2MnO4（绿）+ SO4 + H2O

-2-2--2-2--（2）往试管中加入10滴0.1mol·dm-3 KClO3溶液，并加入10滴KI溶液，加热观察有无现象发生？然后趁热滴入10滴3 mol·dm-3 H2SO4使之酸化，再观察现象。其反应式为：

ClO3 + I--

ClO3- + 6I- + 6H+ =Cl-+ 3I2 + 3H2O

4．中间价态化合物的氧化还原性

（1）过氧化氢的氧化性

向试管中加入2滴0.1mol·dm-3 Pb（NO3）2和2滴0.1mol·dm-3 Na2S溶液，观察现象。再加入5滴3% H2O2溶液，摇动试管，观察有何变化。其反应式为：

Pb2+ + S= PbS↓（黑）

PbS + 4H2O2= PbSO4↓（白）+ 4H2O （2）过氧化氢的还原性

2-

9

往试管中加入1滴0.01mol·dm-3KMnO4溶液，并加入3滴3mol·dm-3 H2SO4使之酸化，然后滴加3% H2O2溶液，观察现象。其反应式为：

2MnO4 + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +5O2 ↑ + 8H2O ５．酸度对氧化还原反应的影响

在两支各盛有3滴0.1mol·dm-3 KBr溶液的试管中，分别加入3滴3mol·dm-3 H2SO4和6mol·dm-3 HAc，然后往两支试管中各加入1滴0.01mol·dm-3 KMnO4溶液。观察并比较两支试管中紫色溶液褪色的快慢。其反应为：

2MnO4+ 10Br-+ 16H+ = 2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O

2MnO4 + 10Br+ 16HAc = 2Mn2+ + 5Br2 + 16Ac- +8 H2O 6．金属的腐蚀及防止

（1）金属腐蚀

取一支试管加入20滴0.1mol·dm-3 HCl溶液，然后分别加入一小粒纯锌，观察气泡发生的情况。再取一根铜棒（或粗铜丝）插入上述试管中，并与纯锌接触观察铜棒与锌粒接触前后的情况有何不同？为什么？

（2）腐蚀的防止--缓蚀剂法

取两枚铁钉，用砂纸擦去铁锈，将铁钉浸入去锈液中数分钟。取出铁钉用水冲洗，分别放入两支试管中，往其中一支试管中滴5滴20%乌洛托品，往另一支试管中加入5滴

]溶液。观察比较两支试管中0.1mol·dm-3 HCl溶液，再各滴入1滴0.1mol·dm-3K3[Fe（CN）6----所出现的颜色深浅，并说明原因。

六、思考题

1．为什么纯锌与HCl作用产生氢气的速率很慢，但当在其中插入铜棒并让它与锌接触时产生氢气的速率会大大加快？

2．为什么乌洛托品在酸性介质中能对金属起缓蚀作用？

10

实验三 配位化合物 Coordination Compound

一、实验目的

1．理解配合物的组成以及配离子与简单离子的区别。 2．理解配合平衡及配合平衡与多相离子平衡的相互转化规律。

二、预习内容

1．掌握配位化合物的定义,组成,命名和分类。 2．了解配位化合物螯合物形成的条件和特殊稳定性。

三、实验原理

1．配位化合物的定义

一般认为，配合物是由中心离子（或原子）和配位体（阴离子或分子）以配位键的形式结合而成的复杂离子（或分子），通常称这种复杂离子（或分子）为配位单元。凡是含有配位单元的化合物都称为配合物。如本实验中就涉及许多配离子：如：[Cu(NH3)4]2+、[HgI4]2-、[Fe(CN)6]3-、[Fe(SCN)]2+、[FeCl4]-、[Ag(NH3)2]+、[FeF6]3-、[Ag(S2O3)2]3-、[Fe(H2O)6]3+等。 2．配位化合物的组成

对于配位化合物的组成，要理解中心离子（或原子）、配位体、配位原子、配位数、内界和外界等一些基本概念。

例如配位化合物[Cu(NH3)4]SO4，其中心离子为Cu2+，配位体为NH3，配位原子是NH3

中的氮原子，配位数为4。内界是[Cu(NH3)4]2+配离子，其中心离子Cu2+与配位体 NH3之间是通过配位键的形式相结合，外界是SO4。内界[Cu(NH3)4]2+和外界SO4是通过离子键的形式相结合形成了配位化合物[Cu(NH3)4]SO4。 3．配位化合物与复盐

配合物与复盐不同。在水溶液中，配合物解离出来的配离子很稳定，只有一小部分解离，而复盐则几乎全部解离成为简单离子。例如：

+2-复盐 (NH4)Fe(SO4)2 = NH4 + Fe3+ +2SO4 2-配合物 [Cu(NH3)4]SO4 = [Cu(NH3)4]2 + SO4

2-2- 11

[Cu(NH3)4]2+ = Cu2+ + 4NH3（实际上是逐级解离的）

配离子的解离平衡常数称为该离子的不稳定常数，其倒数（即配合平衡常数）称为该配离子的稳定常数。

K不稳 c(Cu2+)c(NH3)2+4c(Cu(NH3)4)c(Cu(NH3)4)2+4

K稳 c(Cu)c(NH3)2+

配离子的配合解离平衡符合平衡移动规律，配离子或难溶物之间的转化可向生成更难解离或更难溶解的物质的方向进行。 4．螯合物

具有环状结构的配合物称螯合物或内配位化合物。许多金属的螯合物具有特征的颜色，难溶于水而易溶于有机溶剂。如本实验中就有焦磷酸铜（Ⅱ）螯合离子[Cu(P2O7)2]6-和二丁二酮肟合镍（Ⅱ）螯合物，其结构简式如图3所示。

O...HH3CNNiH3CNONH...OCH3ONCH3

图3 二丁二酮肟合镍（Ⅱ）螯合物的结构

四、实验仪器和药品

1．仪器

小烧杯、滴管、试管、离心试管、离心机、玻璃棒、试管架、洗瓶（内装蒸馏水）。 2．药品

（1）CuSO4溶液(0.1mol·dm-3) （3）酒精(95%)

（5）KI溶液(0.1mol·dm-3) （7）NaOH溶液(0.1mol·dm-3) （9）NaOH溶液(6mol·dm-3) （11）FeCl3溶液(0.1mol·dm-3)

（2）氨水(6mol·dm-3)

（4）Hg(NO3)2溶液(0.1mol·dm-3) （6）BaCl2溶液(1mol·dm-3) （8）Na2S溶液(0.1mol·dm-3) （10）K3[Fe(CN)6]溶液(0.1mol·dm-3) （12）Fe(SO4)2溶液(0.1mol·dm-3)

12

（13）NH4SCN溶液(0.1mol·dm-3) （15）HCl溶液(6mol·dm-3) （17）四氯化碳

（19）Na2CO3溶液(0.1mol·dm-3) （21）NaCl溶液(0.1mol·dm-3) （23）Na2S2O3溶液(0.5mol·dm-3) （25）K4P2O7溶液(0.1mol·dm-3) （27）丁二酮肟(1%)

（14）Fe(NO3)3溶液(0.5mol·dm-3) （16）NH4F溶液(4mol·dm-3) （18）AgNO3溶液(0.1mol·dm-3) （20）氨水(2mol·dm-3) （22）KBr溶液(0.1mol·dm-3) （24）饱和Na2S2O3

（26）NiCl2溶液(0.1mol·dm-3) （28）乙醚

五、实验内容和操作步骤

1．配离子的生成

（1）[Cu(NH3)4]2+ 正配离子的生成

在一只小烧杯中加入约10cm3 0.1mol·dm-3的CuSO4溶液，然后逐滴加入6mol·dm-3的氨水直至最初生成的Cu2(OH)2SO4天蓝色沉淀溶解为止，形成[Cu(NH3)4]2+深蓝色溶液。试解释此过程中的有关现象，并将此深蓝色溶液留作后面的实验中使用。

取10滴上述深蓝色溶液于一支试管中，加入2cm3 95%的酒精，以降低配合物在水溶液中的溶解度，观察深蓝色[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体的析出。离心分离，吸出溶液，进一步观察晶体颜色。

反应式如下：

2Cu2+ +SO4 + 2NH3·H2O = Cu2(OH)2SO4 ↓ + 2NH4+ (天蓝色碱式硫酸铜) Cu2(OH)2SO4 + 8NH3 =2[Cu(NH3)4]2+ + 2OH+SO4

(深蓝色铜氨配离子)

-2-2-[Cu(NH3)4]2+ + SO4 = [Cu(NH3)4SO4]·H2O (深蓝色硫酸四氨合铜(Ⅱ)晶体) （2）[HgI4]2-负配离子的生成

取一支试管，加入2滴0.1mol·dm-3的Hg(NO3)2溶液，然后逐滴加入0.1mol·dm-3的KI溶液，直至最初生成的HgI2红色沉淀溶解为止，形成[HgI4]2-无色溶液。试解释此过程中的有关现象。反应式如下：

2- 13

Hg2+ + 2I- = HgI2↓ HgI2 + 2I- = [HgI4]2- 2．配合物的组成

（1）取两支试管，各加入5滴0.1mol·dm-3的CuSO4溶液，然后分别加入2滴1mol·dm-3

的BaCl2溶液和0.1mol·dm-3的NaOH溶液，观察并解释此过程中的有关现象。反应式如下：

2-Ba2+ + SO4= Ba SO4↓(白)

Cu2+ +2OH(稀) = Cu(OH)2↓(蓝)

（2）另取两支试管，各加入5滴前面制备的[Cu(NH3)4]2+溶液，然后也分别加入2滴1mol·dm-3的BaCl2溶液和0.1mol·dm-3的NaOH溶液，观察并解释有关现象。反应式如下：

2-Ba2+ + SO4 = Ba SO4↓(白)

-[Cu(NH3)4]2+ + OH(稀) 3．配离子的离解

-

（1）取两支试管，各加入5滴0.1mol·dm-3的CuSO4溶液，然后分别加入2滴0.1mol·dm-3

的Na2S溶液和6mol·dm-3的NaOH溶液，观察并解释此过程中的有关现象。反应式如下：

Cu2+ + S= CuS↓(黑)

Cu2+ +2OH(浓) = Cu(OH)2↓(蓝)

（2）另取两支试管，各加入5滴前面制备的[Cu(NH3)4]2+溶液，然后也分别加入2滴0.1mol·dm-3的Na2S溶液和6mol·dm-3的NaOH溶液，观察并解释有关现象。反应式如下：

[Cu(NH3)4]2+ = Cu2+ + 4NH3 Cu2+ + S= CuS↓(黑)

Cu2+ +2OH(浓) = Cu(OH)2↓(蓝) 4．配合物与复盐、简单盐的区别

取三支试管，分别加入10滴0.1mol·dm-3的K3[Fe(CN)6]、FeCl3、(NH4)Fe(SO4)2溶液，然后各加入1滴0.1mol·dm-3的NH4SCN溶液，观察并解释有关现象。反应式如下：

-2-2--[Fe(CN)6]3- + SCN--



Fe3+ + nSCN= [Fe(SCN)n]( n-3)- (n=1~6) (血红色) Fe3+ + nSCN = [Fe(SCN)n]( n-3)- (n=1~6) (血红色)

14

-5．含Fe（Ⅲ）溶液中配合平衡的移动

（1）配离子之间的转化

向一支试管中加入5滴0.5mol·dm-3的Fe(NO3)3溶液，然后加入3滴6mol·dm-3的HCl溶液，振荡，观察溶液的颜色变化。继续向该试管中加入0.1mol·dm-3的NH4SCN溶液，振荡，观察溶液的颜色变化。最后向该试管中加入4mol·dm-3的NH4F溶液，振荡，观察溶液的颜色变化并解释其现象。反应式如下：

[Fe(H2O)6]3++ 4Cl-= [FeCl4]-(黄)

[FeCl4]- + nSCN =[Fe(SCN)]3-n (血红色) + 4Cl [Fe(SCN)]3-n + 6F-= [FeF6]3-(无色) + nSCN （2）配合平衡与氧化还原反应

取两支试管，分别加入5滴0.1mol·dm-3的K3[Fe(CN)6]溶液和FeCl3溶液，再往各试管中分别加入5滴0.1mol·dm-3的KI溶液和10滴CCl4，振荡后比较两试管中CCl4层的颜色，并解释此现象。反应式如下：

---[Fe(CN)6]3- + I--



2Fe3+ + 2I= 2Fe2+ + I2 （I2溶于CCl4中呈紫红色） 6．含Ag（Ⅰ）溶液中配合平衡与多相离子平衡

往一支试管中，加入5滴0.1mol·dm-3的AgNO3溶液，然后依次进行下列实验。注意观察每一步骤中所发生的现象。

（1）滴加0.1mol·dm-3的Na2CO3溶液至刚生成沉淀。 （2）滴加2mol·dm-3的氨水至沉淀刚溶解。

（3）加入1滴0.1mol·dm-3的NaCl溶液至生成沉淀。 （4）滴加6mol·dm-3的氨水至沉淀刚溶解。 （5）加入1滴0.1mol·dm-3的KBr溶液至生成沉淀。

（6）滴加0.5mol·dm-3的Na2S2O3溶液，边滴边振荡至沉淀刚溶解。 （7）加入1滴0.1mol·dm-3的KI溶液至生成沉淀。 （8）滴加饱和的Na2S2O3溶液，边滴边振荡至沉淀刚溶解。 （9）滴加0.1mol·dm-3的Na2S溶液至生成沉淀。

注意：每步试剂的加入量只需加至刚生成沉淀或刚溶解即可。若溶液量太大，可弃去部

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分溶液，继续进行后面的试验。

反应式如下：

（1）2Ag+ + CO3= Ag2CO3↓(白)

（2）Ag+ + 2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]+ + 2H2O （3）[Ag(NH3)2]+ + Cl= AgCl↓(白) +2NH3 （4）AgCl + 2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]+ + 2H2O （5）[Ag(NH3)2]+ + Br-= AgBr↓(淡黄) +2NH3 （6）AgBr + 2S2O3= [Ag(S2O3)2]3- + Br （7）[Ag(S2O3)2]3- + I= AgI↓(黄) +2S2O3

2--（8）AgI + 2 S2O3= [Ag(S2O3)2]3- + I

2-2----2-2-2-（9）2[Ag(S2O3)2]3- +S = Ag2S↓(黑) +4 S2O3

7．螯合物的生成

（1）焦磷酸铜（Ⅱ）螯合离子的生成

往一支试管中加入10滴0.1mol·dm-3的CuSO4溶液，再逐滴加入0.1mol·dm-3的K4P2O7

溶液至浅蓝色焦磷酸铜沉淀生成。继续滴加K4P2O7溶液至生成的沉淀溶解形成深蓝色透明溶液，观察并解释此过程中的有关现象。反应式如下：

4Cu2+ + P2O7= Cu2P2O7↓(浅蓝色)

46-Cu2P2O7 + 3P2O7= 2[Cu( P2O7) 2](深蓝色)

（2）二丁二酮肟合镍（Ⅱ）的生成

往一支试管中加入2滴0.1mol·dm-3的NiCl2溶液和20滴去离子水，再加入2滴2mol·dm-3

的氨水，然后加入2滴1%的丁二酮肟溶液，观察生成的鲜红色沉淀。再加20滴乙醚，观察并解释整个过程中的有关现象。反应式如下：

Ni2++ 2NH3•H2O（适量）= Ni(OH)2↓(蓝绿)+2NH4+ Ni(OH)2 + 6 NH3 （过量）= [Ni(NH3)6]2+ (蓝色 )+ 2OH-

H3CH3CCCNOHpH=5~10NOHH3CH3CCCNOHNO2Ni(NH3)6 +2 Ni 2++ 2NH4+ + 4NH3

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实验四 水质的检验 Inspection of Water Quality

一、实验目的

1．了解自来水中含有的无机杂质离子。

2．学习电导率仪的使用和上述离子的定性、定量检测方法。

二、预习内容

1．在检验每个水样时，装水样的容器和电导电极应如何洗涤？ 2．试管正确加热的方法。

三、实验原理

1．定性检验

（1）化学检验：离子的定性鉴定

用AgNO3溶液检验Cl-离子；BaCl2溶液检验SO4离子。 （2）物理检验：用电导率仪测定水之纯度的原理

表示水纯度的主要指标是水中含盐量，即水中各种阴、阳离子数量的大小，而水中含盐量的测定较为复杂，目前常用电导率来间接表示。电导率与溶液的组成和浓度有关，而与电极的结构无关，因此，用电导率可以合理地比较溶液导电能力大小。水的纯度越高，含杂质越少，其电导率就越小。因此，测出各种水样的电导率，就可以比较它的纯度的高低。下表列出了各种水样在25℃时电导率的数量级范围（可供选择量程开关时参考）。

水样 高纯水 去离子水 蒸馏水 自来水

2．定量检测

在工业用水中，尤其对于锅炉用水，测定水的硬度具有重要的意义。测定水的硬度的方法也有几种，用EDTA滴定法是其中的一种。

电导率（Scm-1） ~5.510-8 4.010-6~8.010-7 2.810-6~6.310-8 5.010-3~5.310-4

2- 17

水的硬度可用EDTA滴定法来测定，即用乙二胺四乙酸二钠（用符号[H2Y]2-表示）的标准溶液为滴定剂，以铬黑T作指示剂，利用形成配合物的反应进行测定。这种利用形成配合物的反应进行滴定的容量分析方法称为配合滴定法。

因为铬黑T（用符号[HIn]2-表示）指示剂在pH值为8~11的溶液中呈蓝色，当与钙、镁离子作用时则形成葡萄酒红色的配合物。当用EDTA滴定时，在相同的条件下也能与该溶液中的钙、镁离子作用形成配合物，而这个配合物要比铬黑T与钙、镁离子所形成的配合物更稳定，因而当溶液中游离的钙、镁离子被EDTA配合完之后，它还可以把已和铬黑T形成的配合物中的钙、镁离子夺过来进行配合，而使铬黑T完全游离出来，这时的溶液就由酒红色变为蓝色。

加入铬黑T指示剂的变色原理可简单表示。 加入铬黑T：

Mg2+ + [HIn]2= [MgIn]- + H+

(蓝) (红) Ca2+ + [HIn]2- = [CaIn]- + H+

(蓝) (红)

用EDTA滴定至终点时：

[MgIn]- + [H2Y]2= -[MgY]2- + HIn2- + H+ （酒红） （无色）（蓝） [CaIn]- + [H2Y]2= -[CaY]2- + HIn2- + H+ （红） （无色）（蓝）

滴定条件：

EDTA与金属离子形成配位离子的稳定性与溶液的pH有密切关系。pH较大时，[H2Y]2-解离出的Y4-离子浓度增加，而使Y4-与金属离子所形成的配位离子的稳定性增加。当溶液的pH过高时，许多金属离子将形成碱式盐或氢氧化物等沉淀，破坏了EDTA配位化合物的稳定性。随着滴定的进行，溶液的酸度不断增大，H+将影响EDTA配位离子的稳定性。所以在滴定时，需要保持一定的酸度，因而应用缓冲溶液即可满足此条件。

水的硬度计算：

水的硬度的表示方法有多种，常用的表示法以度为单位：每升水中含有钙、镁离子的总量相当于10mgCaO，定为1度。

按照硬度的大小，可将水质分为以下几类：

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名称 硬度（度）

极软水 0~4.2

软水 4.2~8.4

中等水 8.4~16.8

硬水 16.8~28

极硬水 28以上

对于生活用水来说，总硬度不得超过25度（446ppm）。对于各种工业用水，如锅炉用水，则根据锅炉的类型不同而要求水的硬度也各异，如下表： 锅炉类型 （压力） 硬度（度）

火管锅炉 0.5MPa~1.5MPa

2

火管锅炉 1.5MPa~3.5MPa

0.5

大容量锅炉 2.5MPa~5.0MPa

0.15

高压锅炉 5.0MPa~12.5MPa

0.01

四、实验仪器和药品

1．仪器

电导率仪（DDS-11D） 电导电极

50cm3烧杯三只、250cm3锥形瓶一只、100cm3移液管一支、酸式滴定管、滴定台架、吸气橡皮球、试管及试管架、10cm3量筒一只。 2．药品

①NH3-NH4Cl缓冲溶液（pH=10） ③铬黑T指示剂

⑤AgNO3溶液（0.1mol·dm-3）

②标准EDTA溶液 ④HNO3溶液（1mol·dm-3） ⑥BaCl2溶液（1mol·dm-3）

五、实验内容及操作步骤

1．离子的定性检验

（1）Cl-离子的检验：取自来水和蒸馏水水样各1cm3，分别加入1滴1mol·dm-3HNO3

溶液使之酸化，然后滴入2滴0.1mol·dm-3AgNO3溶液，观察有无白色沉淀产生。

（2）SO4离子的检验：取自来水和蒸馏水水样各1cm3，分别加入1滴1mol·dm-3HNO3

溶液使之酸化，然后加入1滴1mol·dm-3BaCl2溶液，观察是否出现白色浑浊。

注：检验水样所用的试管必须洗净，并用少量去离子水再冲洗一遍。 2．电导率的测定

依DDS-11型电导率仪使用说明（电导率仪的使用参见附：DDS-11型电导率仪的使用方法），测定各样品的电导率。应当注意：每次测定前，都应用待测水样冲洗电导电极。电导率仪经校正后即可进行测量。在取电极前，需将校正测量开关拨到校正位置，测量时必须将铂片全部浸入水样中，同时勿使电极引线潮湿。

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2-3．定量检测：水的总硬度的测定

（1）取一只250cm3锥形瓶，用移液管精确量取自来水水样100cm3于锥形瓶中，再加入10cm3缓冲溶液（pH=10）和 2~3滴铬黑T指示剂。

（2）用标准EDTA溶液进行滴定，滴定至由葡萄酒红色变为蓝紫色时，滴定速度应减慢，充分摆匀锥形瓶。继续滴至溶液变为纯蓝色时即为终点。然后再重复2~3次直至两次数据相差不超过0.2cm3为止。取其平均值代入下式计算总硬度：

总硬度（度）=

AcM100 V式中A——滴定中所消耗的EDTA的体积（cm3）；

c——EDTA的物质的量浓度（mol·dm-3）； M——CaO的摩尔质量；

V——滴定时取的水样体积（cm3）。

六、实验数据与处理

1．离子的定性检验

项目 水样 自来水 蒸馏水 2．电导率的测定 水 样 自来水 蒸馏水 3．定量检测 项 目 水 样 自来水 电 导 率 解 释 现象 Cl- 结论 现象 SO2-4 结论 V水样 cm3 c(EDTA) mol·dm-3 1 V(EDTA) cm3 总硬度 2 平均 M——CaO的摩尔质量；

V——滴定时取的水样体积（cm3）。

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七、思考题

1．为什么可用测量水样的电导率来估计水样的纯度？电导率数值越大，水样的纯度是否越高？

2．在用EDTA滴定法测定水样的硬度时为什么要加缓冲溶液？

附： DDS-11型电导率仪的使用方法

1．DDS-11型电导率仪的结构

2．使用方法：

（1）电极的选用

按被测介质电阻率（或电导率）的高低，选用不同常数的电极，并且测试方法也不同。本实验中蒸馏水选用DJS-1C铂黑电极，可以在任意状态下测量。

（2）调节温度补偿旋钮

用温度计测出被测介质温度后，把温度补偿旋钮置于被测介质的实际温度位置上。 注：若把旋钮置于25℃上，仪器就不能进行温度补偿（无温度补偿方式）。 （3）调节常数补偿旋钮

把常数补偿旋钮置于与实际使用的电极常数相一致的位置上。

（4）打开电源开关，并预热电导率仪数分钟（待指针完全稳定下来为止）。 （5）把量程开关扳在检查位置，调节校正旋钮使电表指示满刻度。

（6）把量程开关扳在所需的测量挡。如预先不知被测介质电导率的大小，应先把其扳在最大电导率挡，然后逐挡下降，以防表针被打弯或仪器被烧坏。

（7）把电极插头插入插座，使插头的凹槽对准插座之凸槽，用食指按一下插头的顶部，

图4 电导率仪示意图 21

即可插入（拔出时捏住插头的下部，往上一拔即可），然后把电极浸入被测介质中。

（8）这时电表的读数乘以量程开关的倍率，即为被测介质的实际电导率。当量程开关扳在黑点挡时，读表头上行刻度（0~1.0，即每小格为0.02）。当量程开关扳在红点挡时，读表头下行刻度（0~3.0，即每一小格为0.05）。

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