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1、實驗十五 I3-I-+I(xiàn)2平衡常數(shù)的測定
[課時安排] 4學(xué)時
[實驗?zāi)康腯
1、學(xué)會測定I3-?I2+ I-的平衡常數(shù);
2、了解化學(xué)平衡和平衡移動的原理;
3、練習(xí)滴定操作。
[實驗原理介紹]
碘溶于碘化鉀溶液中形成離子I3-,并建立下列平衡。
I3-?I2+ I- (1)
在一定溫度條件下,其平衡常數(shù)為
式中α為活度, γ為活度系數(shù),[I-]、[I2]、[I3-]為平衡時的濃度。由于在離子強度不大的溶液中:
≈1
所以 K ≈ (2)
為了測定平衡時的[I-]、[I2
2、]、[I3-],可用過量固體碘與已知濃度的碘化鉀溶液一起搖蕩,達(dá)到平衡后,取上層清液,用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。
2NaS2O3+I2=2NaI=Na2S4O6
由于溶液中存在I3-?I2+ I-的平衡,所以用硫代硫酸鈉溶液滴定,最終測到的是平衡時I2和I3-的總濃度。設(shè)這個濃度為c,則:
c=[I2]+ [I3-] (3)
[I2]可通過在相同溫度條件下,測定過量固體碘與水處于平衡時,溶液中碘的濃度來代替。設(shè)這個濃度為c,則
[I2]= c
整理(3)式 [I3-]= c-[I2]= c- c
從
3、(1)式可以看出,形成一個I3-就需要一個I-,所以平衡時[I-]為
[I-]= -[ I3-]
式中為碘化鉀的起始濃度。
將[I2]、[I3-]和[I-]代入(2)式即可求得在此溫度條件下的平衡常數(shù)K。
[基本操作與儀器介紹]
1、認(rèn)識酸式滴定管和堿式滴定管
滴定管是滴定時準(zhǔn)確測量溶液體積的量器。滴定管分為酸式滴定管和堿式滴定管,酸式滴定管下端有玻璃活塞開關(guān),它用來裝酸性溶液和氧化性溶液,不能盛裝堿性溶液。堿式滴定管的下端連接乳膠管,管內(nèi)有玻璃珠以控制溶液的流出,乳膠管下端連有尖嘴玻璃管。
2、堿式滴定管的使用方法
(1) 檢查滴定管是否漏
4、水,液滴是否能靈活控制;
(2) 滴定管的洗滌、盛裝溶液的潤洗;
(3) 裝液——溶液加入到滴定管最高標(biāo)線以上;
(4) 排出滴定管(乳膠管及尖嘴)氣泡;
(5) 滴定前讀數(shù)(注入溶液或放出溶液后,需等1~2分鐘后讀數(shù));
(6) 滴定操作——重點(操作手法、滴定速度、終點觀察);
(7) 滴定完讀數(shù);
(8) 滴定結(jié)束后滴定管的處理。
3、酸式滴定管的使用方法
(1) 檢查滴定管的密合性;
(2) 旋塞涂凡士林(涂的方法);
(3) 同堿式滴定管使用方法(2);
(4) 同堿式滴定管使用方法(3);
(5) 排氣泡(方法不同于堿式滴定管);
(6) 滴定前讀數(shù);
5、
(7) 滴定操作——重點(操作手法、滴定速度、終點觀察);
(8) 滴定完讀數(shù);
(9) 滴定結(jié)束后滴定管的處理。
4、強化移液管的使用方法
[實驗重要步驟]
(1)取兩只干燥的100ml碘量瓶和一只250ml碘量瓶,分別標(biāo)上1、2、3號。用量筒分別取80ml 0.0100molL-1碘化鉀溶液注入1號瓶,取80ml 0.0200molL-1碘化鉀溶液注入2號瓶,取200ml蒸溜水注入3號瓶。然后在每個瓶內(nèi)各加入0.5g研細(xì)的碘,蓋好瓶塞。
(2)將3只碘量瓶在室溫下振蕩或者在磁力攪拌器上攪拌30分鐘,然后靜置10分鐘,待過量固體碘完全沉于瓶底后,取上層清液進(jìn)行滴定。
(3)用
6、10ml吸管取1號瓶上層清液兩份,分別注入250ml錐形瓶中,再各注入40ml蒸溜水,用0.0050molL-1標(biāo)準(zhǔn)硫代硫酸鈉溶液滴定,滴至呈淡黃色時(注意不要滴過量),注入4ml 0.2%淀粉溶液,此時溶液應(yīng)呈藍(lán)色,繼續(xù)滴定,至藍(lán)色剛好消失。記下所消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積數(shù)。
同樣方法滴定2號瓶上層的清液。
(4)用50ml 吸管取3號瓶上層清液兩份,用0.0050molL-1標(biāo)準(zhǔn)硫代硫酸鈉溶液滴定, 方法同上。
[數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理]
瓶 號
1
2
3
取樣體積V/mL
10.00
10.00
50.00
Na2S2O3溶液的
7、用量
mL
Ⅰ
Ⅱ
平 均
Na2S2O3溶液的濃度/mol/L
[I2]與[I3-]的總濃度/mol/L
水溶液中碘的平衡濃度/mol/L
[I2]/mol/L
[I3-]/mol/L
c0/mol/L
[I-]/mol/L
K
K平均值
用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定碘時,相應(yīng)的碘的濃度計算方法如下:
1、2號瓶
3號瓶
本實驗測定K值在1.010-3 ~2.010-3范圍內(nèi)合格(文獻(xiàn)值K=1.510-3 )。
[
8、實驗習(xí)題]
1、為什么本實驗中取KI溶液可用量筒?
答:平衡常數(shù)是溫度的函數(shù),溫度確定,K值確定。同時水溶液中的I2的飽和濃度[I2]
也是溫度的函數(shù)。在配制平衡體系時,加入的I2(s)是過量的,當(dāng)體系達(dá)到平衡時, = ,是一個定值(可用I2(s)在水中的飽和濃度代替,其準(zhǔn)確濃度可以用NaS2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定,其值設(shè)為),因此也是定值。平衡體系中I2和
I3-的總濃度也可以用NaS2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定,其值設(shè)為c,平衡時=,KI的起始濃度設(shè)為,平衡時=,體系平衡常數(shù)的表達(dá)式為:
。由此可見,當(dāng)KI的起始濃度 確定后,平衡體系中的、和都確定了,平衡常數(shù)的表達(dá)式中沒有體積項,K值與溶液
9、的體積無關(guān),所以KI溶液不需要準(zhǔn)確量取。
2、進(jìn)行滴定分析,儀器要做那些準(zhǔn)備?由于碘易揮發(fā),所以在取溶液和滴定時操作上要注意什么?
答:1、2號瓶必須要洗凈烘干。每次取一份溶液,取完后塞上瓶塞,避光存放;滴定前加適量蒸餾水稀釋,減少碘的揮發(fā)。
3、在實驗中以固體碘與水的平衡濃度代替碘與I-離子的平衡濃度,會引起怎樣的誤差
?為什么可以代用?
答:鹽效應(yīng)通常使得物質(zhì)在水中的溶解度增大,用固體碘與水的平衡濃度代替碘與I-離子的平衡濃度,會使平衡常數(shù)表達(dá)式:K =中偏小,而偏大,結(jié)果使所測得的K值偏小。但是,通常只有當(dāng)電解質(zhì)溶液濃度較高時,鹽效應(yīng)才比較顯著,對于稀溶液(0.0100
10、molL-1或0.0200molL-1KI)鹽效應(yīng)可以忽略,所以可以代替。
4、在固體碘和KI溶液反應(yīng)時,如果碘的量不夠,將有何影響?碘的用量是否一定要準(zhǔn)確稱量?
答:有影響,實驗采用過量碘固體與KI溶液反應(yīng)得到I2(s)的飽和KI溶液的平衡體系,若碘固體量太少,達(dá)不到飽和狀態(tài),實驗中就不能用I2(s)在水中的飽和濃度代替KI溶液中I2的平衡濃度。不然會導(dǎo)致[I2]增大,平衡常數(shù)值增大。
5、在實驗過程中,如果:
(1)吸取清液進(jìn)行滴定時不小心吸進(jìn)一些碘微粒;
(2)飽和的碘水放置很久才進(jìn)行滴定;
(3)振蕩的時間不夠。
對實驗結(jié)果將產(chǎn)生什么影響?
答:(1)如果是1號瓶(或2號瓶)出現(xiàn)這種情況,那么總碘量偏大,偏大,K偏小;如果3號瓶出現(xiàn)這種情況,一定,偏大,K值偏大。
(2)飽和的碘水放置很久才進(jìn)行滴定,其中溶解的碘大量揮發(fā),所測得的總碘量偏小。
(3)振蕩的時間不夠,實驗所測得的總碘量 (或)偏小。
注:1、由于碘容易揮發(fā),吸取清液后應(yīng)盡快滴定,不要放置太久,在滴定時不宜過于劇烈地?fù)u動溶液。
2、淀粉加入太早溶液中大量的I2被淀粉吸附,使藍(lán)色褪去遲鈍而產(chǎn)生誤差。也不能太遲,否則藍(lán)色觀察不到。