配位解离平衡常数测定与颜色分析

配位解离平衡常数测定与颜色分析

一、实验原理

配位化合物由中心离子(或原子)与一定数目的离子(或中性分子)以配位键结合而成。含有配离子或分子的化合物叫配合物。

[Cu(NH3)4]SO4 ⇌ [Cu(NH3)4]2+ + SO42-

[Cu(NH3)4]2+ ⇌ Cu2+ + 4NH3

配离子的解离平衡常数(不稳定常数)表示为:

K不稳 = [Cu2+][NH3]4 / [[Cu(NH3)4]2+]

稳定常数 K 是 K不稳 的倒数。通过测定配离子解离平衡时各组分的浓度,可以计算平衡常数。

颜色变化原理

配合物的颜色变化主要由于:

  1. 配体场强度变化导致d-d跃迁能量改变
  2. 配位数或配体种类改变导致电子结构变化
  3. 溶液pH值影响配体性质

二、实验步骤

1. [Cu(NH3)4]2+ 的制备

取10mL 0.1mol/L CuSO4溶液,逐滴加入6mol/L氨水至沉淀溶解,形成深蓝色溶液。

颜色变化过程:

CuSO4溶液: 淡蓝色

加入氨水初期: 浅蓝色沉淀

过量氨水: 深蓝色透明溶液

颜色变化原因:Cu2+水合离子[Cu(H2O)4]2+(淡蓝) → Cu(OH)2沉淀(浅蓝) → [Cu(NH3)4]2+配离子(深蓝)

2. 配离子解离平衡移动实验

现象:

加入Na2S: 黑色沉淀生成,溶液蓝色变浅

原因:S2-与Cu2+生成CuS(Ksp=6.3×10-36),使平衡向右移动

加入H2SO4: 蓝色褪去,可能产生淡蓝色沉淀

原因:H+与NH3结合生成NH4+,降低NH3浓度,使平衡向右移动

3. 平衡常数测定

三、实验数据记录与处理

实验项目 观察现象 解释与结论
[Cu(NH3)4]2+制备 淡蓝→浅蓝沉淀→深蓝溶液 配体交换导致颜色变化
加入Na2S 黑色沉淀,蓝色变浅 Ksp(CuS)极小,平衡移动
加入H2SO4 蓝色褪去 NH3浓度降低,平衡移动
平衡常数测定 K不稳 = K =

颜色变化分析表

化学物质 颜色 电子结构 配体场类型
[Cu(H2O)4]2+ 淡蓝色 3d9 弱场配体
[Cu(NH3)4]2+ 深蓝色 3d9 中等场配体
CuS 黑色 共价化合物 强场配体

四、思考题

  1. 为什么[Cu(NH3)4]2+溶液呈深蓝色而[Cu(H2O)4]2+呈淡蓝色?
  2. 加入Na2S后溶液颜色变化的原因是什么?从平衡移动和电子结构两方面解释。
  3. 如何通过颜色变化判断配离子的稳定性?
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