实验十三配合物磁化率的测定.docx

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实验十三配合物磁化率的测定

实验十三--配合物磁化率的测定

实验十三配合物（络合物）磁化率的测定

13.1目的要求

1．掌握用Gouy法测定配合物磁化率的原理和方法

2．通过配合物磁化率的测定，计算其中心金属离子的未成对电子数，并判断配合物中配键

的键型

13.2实验原理

13.2.1磁（介）质的摩尔磁化率χM

磁（介）质分为：

铁磁质（Fe、Co、Ni及其化合物）和非铁磁质。

非铁磁质分为：

反磁质（即反磁性物质）和顺磁质（即顺磁性物质），顺磁质中含有未成对电子。

在不均匀磁场中，反磁质受到的磁场作用力很小，该作用力由磁场强度大的地方指向磁场强度小的地方。

所以，本实验中反磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的稍小一点；而顺磁质受到的磁场作用力较大，作用力由磁场强度小的地方指向磁场强度大的地方。

即，本实验中顺磁质处于不均匀磁场中时的质量比无外磁场时的质量有明显增大。

化学上人们感兴趣的是非铁磁质。

非铁磁质中的反磁质具有反磁化率，顺磁质同时具有顺磁化率和反磁化率，但其顺磁化率（正值）远大于其反磁化率（负值）。

所以，对顺磁质而言，其摩尔磁化率：

χM=χμ（摩尔顺磁化率）+χ0（摩尔逆磁化率）≈χμ

而（在本实验中χμ的单位为：

cm3·mol-1）

上式中，g为重力加速度（SI单位为：

m·s-2），H为磁场强度（单位为：

Oe，读作“奥斯特”），在本实验的计算中其值也可消去，亦不必考虑其取值的大小及单位；M为样品的摩尔质量，在本实验的计算中其单位取g/mol；h为样品管中所装样品粉末的高度，在本实验的计算中其单位取cm；WH为有外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g；WO为无外加磁场时“样品+试管”的质量与“空试管”的质量之差，单位为g。

13.2.2磁场强度H的标定

若已知某样品的磁化率，则可通过实验利用下式求出对应的磁场强度。

磁子）=9.274×10-21erg·Oe-1。

13.3实验用品

古埃磁天平，电子太平，样品管，直尺，电吹风。

莫尔盐——（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O（A.R.），K2Fe（CN）6·3H2O（A.R.），FeSO4·7H2O（A.R.）

13.4实验步骤

13.4.1阅读古埃磁天平的使用说明，理解其使用方法，复习电子天平的操作方法。

13.4.2先将磁天平上的电流旋钮旋至电流为零的位置，在打开磁天平上的电源总开关。

通过电流强度的增减调节磁天平的电磁铁的磁场强度时，应缓慢地增大或减小电流。

增大磁场时，要由小到大缓慢地增大电流；关闭磁场时，要由大到小缓慢地减小电流。

13.4.3调节电流大小使古埃磁天平电磁铁的磁场强度为300mT左右，再将空试管吊放于磁场的适当位置（参见图1），测定有磁场时空试管的质量mH,管，再将电流调为零，称量无磁场时空试管的质量m0,管。

因使用电子天平称重，所以每次测定的读数只需读数一次。

13.4.4装入样品莫尔盐粉末，并用玻棒将试管上部的固体轻轻压平，以方便量出样品的高度为然后调节电流大小使磁天平电磁铁的磁场强度达到300mT左右，小心地将已装样的试管挂到电子天平下的吊环上，称量有磁场时“莫尔盐+试管”的质量mH,管+莫；再将电流调为零，称量无磁场时“莫尔盐+试管”的质量m0,管+莫。

一个样品用完后应按要求倒回到原试剂瓶中（切不可倒错试剂瓶），或丢弃于指定的其它容器中，然后先用自来水洗净试管，再用蒸馏水淌洗两次，倒去试管中的余水后，向试管中加入约1毫升无水乙醇将试管淌洗一遍，淌洗后将乙醇倒如指定的试剂瓶中，而后用电吹风吹干试管用于另一个样品的称量。

13.4.5重复第4步的操作，分别测定硫酸亚铁晶体、亚铁氰化钾晶体（均为粉末）在有磁场时“样品+试管”的质量mH,管+样、无磁场时“样品+试管”的质量m0,管+样。

13.4.6可用于数据处理的W值：

WH，莫=mH，管+莫-mH，管W0，莫=m0,管+莫-m0，管

WH，样=mH，管+样-mH，管W0，样=m0,管+样-m0，管

13.4.7实验完毕后，将电流旋钮缓慢调到零，再关闭电源开关，打扫小组实验台面的卫生，抄录一份原始实验数据记录，交教师签字后离开实验室。

13.5注意事项

13.5.1装样时要一边装样一边在桌面上轻轻地震动试管，使样品紧密均匀地填实试管，当样品表面距管口约0.5cm时停止装样，最后用各样品专用的小玻棒将管内表面的样品轻轻压平。

13.5.2由于试管是被挂载于天平托盘底部所连接的一根细绳下面的挂钩上的，而电子天平的最大称重量只有约100克，所以，要特别注意保护电子天平，任何时候都严禁向下拉动细绳。

挂载试管时要一手将细绳向上提起，另一手将试管挂于挂环上，然后再将细绳连同试管一起缓慢、轻轻地放下。

取下试管时，则要首先将细绳向上提起，另一手取走试管，然后缓慢地放下细绳。

操作中还要尽量减少试管的摆动，以保护天平。

而且，挂载试管的细绳不应与任何物体接触。

13.5.3称量过程中，试管应与地面垂直，试管底部则要刚好位于两快电磁铁的上下位置和左右位置的正中央（参见图1）。

13.6实验数据记录及处理

表1.磁化率的测定

室温：

21.0℃，装样高度：

18.1cm

称重/g

B0=0

B1=300mT

B2=350mT

m

Δm（B1）

Δm（B2）

空管

21.6473

21.6437

21.6418

/

-0.00375

-0.00535

21.6471

21.6432

21.6419

21.6472

21.64345

21.64185

空管+（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O

M=392.14×10-3kg·mol-1

33.1561

33.3291

33.3936

11.50895

0.17295

0.23755

33.1562

33.3291

33.3938

33.15615

33.3291

33.3937

空管+FeSO4·7H2O

M=278.05×10-3kg·mol-1

33.4399

33.6748

33.7351

11.79265

0.2349

0.2953

33.4398

33.6747

33.7352

33.43985

33.67475

33.73515

空管+K4Fe（CN）6·3H2O

M=422.39×10-3kg·mol-1

33.3446

33.3396

33.3371

11.69735

-0.0048

-0.00755

33.3445

33.3399

33.3369

33.34455

33.33975

33.337

空管+K3Fe（CN）6

M=329.16×10-3kg·mol-1

33.9892

34.0286

34.0426

12.34205

0.0396

0.05345

33.9893

34.0291

34.0428

33.98925

34.02885

34.0427

（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O：

=0.411T

=0.482T

FeSO4·7H2O：

χM（H）=M样品[Δm空管+样品（H）-Δm空管（H）]/（Δm空管+标样（H）-Δm空管（H）]×m标样/m样品×χm,标

χM（H1）=278.05×10-3×（0.2349+0.00375）/（0.17295+0.00375）×11.50895/11.79265×4.0427×10-7=1.481×10-7m3.mol-1

χM（H2）=278.05×10-3×（0.2953+0.00535）/（0.23755+0.00535）×11.50895/11.79265×4.0427×10-7=1.358×10-7m3.mol-1

m3.mol-1

Fe2+：

:

sp3d2杂化

未成对电子数为4，形成配合物时，3d轨道电子不需重排，采用sp3d2杂化，故此络合物为电价络合物（外轨络合物）。

K4Fe（CN）6·3H2O：

χM（H）=M样品[Δm空管+样品（H）-Δm空管（H）]/（Δm空管+标样（H）-Δm空管（H）]×m标样/m样品×χm,标

χM（H1）=422.39×10-3×（-0.0048+0.00375）/（0.17295+0.00375）×11.50895/11.69735×4.0427×10-7=-7.392×10-10m3.mol-1

χM（H2）=422.39×10-3×（-0.00755+0.00535）/（0.23755+0.00535）×11.50895/11.69735×4.0427×10-7=-1.229×10-9m3.mol-1

m3.mol-1n=0

Fe2+：

:

d2sp3杂化

未成对电子数为0，形成配合物时，中心离子的3d轨道电子需重排，空出2个d轨道，采用d2sp3杂化，故此络合物为共价络合物（内轨络合物）。

K3Fe（CN）6：

χM（H）=M样品[Δm空管+样品（H）-Δm空管（H）]/（Δm空管+标样（H）-Δm空管（H）]×m标样/m样品×χm,标

χM（H1）=329.26×10-3×（0.0396+0.00375）/（0.17295+0.00375）×11.50895/12.34205×4.0427×10-7=3.045×10-8m3.mol-1

χM（H2）=329.26×10-3×（0.05345+0.00535）/（0.23755+0.00535）×11.50895/12.34205×4.0427×10-7=3.005×10-8m3.mol-1

m3.mol-1

Fe3+：

:

d2sp3杂化

未成对电子数为1，形成配合物时，中心离子的3d轨道电子需重排，空出2个d轨道，采用d2sp3杂化，故此络合物为共价络合物（内轨络合物）。

表2.磁化率的测定

室温：

24.0℃，装样高度：

18.1cm

称重/g

B0=0

B1=300mT

B2=350mT

m

Δm（B1）

Δm（B2）

空管

21.6231

21.6208

21.6201

/

-0.00215

-0.0029

21.6230

21.6210

21.6202

21.62305

21.6209

21.62015

空管+（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O

M=392.14×10-3kg·mol-1

35.6702

35.7841

35.8251

14.04705

0.11385

0.1551

35.6700

35.7838

35.8253

35.6701

35.78395

35.8252

空管+FeSO4·7H2O

M=278.05×10-3kg·mol-1

36.6885

36.8459

36.902

15.06545

0.15705

0.2136

36.6885

36.8452

36.9022

36.6885

36.84555

36.9021

空管+K4Fe（CN）6·3H2O

M=422.39×10-3kg·mol-1

37.0583

37.0535

37.0518

15.4349

-0.00445

-0.00625

37.0576

37.0535

37.0516

37.05795

37.0535

37.0517

空管+K3Fe（CN）6

M=392.19×10-3kg·mol-1

37.7846

37.8203

37.8334

16.16155

0.0354

0.04905

37.7846

37.8197

37.83