2010级无机化学研究性试验-武汉大学化学试验教学中心.DOC

2010级无机化学研究性实验 几种铜配合物晶体场分裂能测定 金敬鹏 武汉大学化学与分子科学学院 2010级化学基地班 摘要：以硫酸铜为原料，得到几种铜配合物溶液，用分光光度计测定其吸光度波长曲线，计算晶体场分裂能，借此初步检验配合物晶体场理论得到的几个结论。 关键词：配合物，晶体场理论，铜化合物。 一．引言： 晶体场理论是研究配合物结构的重要理论，尤其在解释与预言配合物颜色方面取得了成功。本实验以铜的几种配合物为研究对象，验证配体种类与分裂能的关系，得到了初步肯定的结论。 二．实验： 1．试剂及仪器：五水硫酸铜晶体（化学纯），6mol/L氨水，EDTA二钠盐固体，乙二胺，VIS-7220分光光度计。 2．实验基本原理： ①配位化合物的中心原子的五个简并d轨道·，在配体电场中分裂为两组能量不同的轨道，一组能量较高的二重简并轨道，一组为能量较低的三重简并轨道，其能量差值为晶体场分裂能。 ②晶体场分裂能的大小配合物与中心原子，配体皆有关系，其值大小在10000/cm-30000/cm之间，频率在近紫外与可见光谱区，所以配合物多有颜色，且颜色变化与晶体场分裂能有关。 ③可通过测定配合物对光的吸收，找到各配合物最大吸收波长，确定其晶体场分裂能，从而探究配体种类与晶体场分裂能的关系。 3．配合物制备: ①CuSO4溶液，称取0.25gCuSO4.5H2O晶体于250mL烧杯，加入约30mL蒸馏水溶解，得到浅蓝色CuSO4溶液，浓度约为0.03mol/L。 ②[Cu（NH3）4]SO4溶液，称取0.25gCuSO4.5H2O晶体于250mL烧杯，加入约30mL蒸馏水溶解后，加入约10mL氨水，稀释至约100mL，得到深蓝色 [Cu（NH3）4]SO4溶液，浓度约为0.01mol/L。 ③[Cu(EDTA)]SO4溶液，称取0.25gCuSO4.5H2O晶体于250mL烧杯，加入约30mL蒸馏水溶解，另称取EDTA二钠盐0.5g于50mL烧杯，加20mL蒸馏水溶解后，加至CuSO4溶液中，继续加水稀释至约100mL，得到蓝色 [Cu(EDTA)]SO4溶液，浓度约为0.01mol/L。 ④[Cu（en）2（H2O）2]溶液，称取0.25gCuSO4.5H2O晶体于250mL烧杯，加入约30mL蒸馏水溶解，用50mL烧杯称取乙二胺液体0.16g，用蒸馏水冲洗至CuSO4溶液中，继续加水稀释至约100mL，得到蓝紫色[Cu（en）2（H2O）2]溶液，浓度约为0.01mol/L。 3.吸光度测定：取所得溶液，以蒸馏水为参比，用1cm比色皿，进行吸光度测定，分别记录400nm～800nm波长下，各溶液吸光度。 1 4.结果计算：根据测得数据，绘制吸光度-波长曲线，找出最大吸收峰对应波长，计算各配合物晶体场分裂能，得出结论。 三．实验结果与讨论： 1.吸光度-波长曲线绘制如下： 硫酸六水合铜：790nm，12700/cm，峰值0.50； 硫酸四氨二水合铜：605nm，16500/cm，峰值0.46； 硫酸乙二胺四乙酸合铜：735nm，13600/cm，峰值0.59； 硫酸二水二乙二胺合铜：545nm，18500/cm，峰值0.81。 2．根据朗伯-比尔定律及物质对光吸收的性质，溶液浓度只影响吸收强度，不影响最大吸收波长位置，故溶液浓度允许粗配。 3．硫酸四氨合铜溶液配制过程中，由于存在络合平衡，各逐级累积稳定常数对数值分别为4.31，7.98，11.02，13.32，12.86，游离氨浓度应在0.1mol/L以上，实验中加入过量氨水浓度大约在0.5mol/L，可保证溶液中铜氨存在形式四氨合铜占95%以上。而在铜乙二胺配合物中，各逐级累积稳定常数对数值分别为10.67，20.00，21.0，实验过程中，铜乙二胺投料摩尔比为1︰2.5，可保证溶液中主要存在形式为二水二乙二胺合铜离子。铜乙二胺四乙酸稳定常数为18.80，摩尔投料比为1︰1.5，可保证溶液中铜离子基本与乙二胺四乙酸配位。实验条件下基本可忽略副反应。实验结果中对各物质存在形式描述应当可靠。 4．硫酸铜溶液摩尔吸光系数相对较小，为使吸收峰值处在合适范围（0.2~0.8），配成约0.03mol/L，其余三种溶液，配成约0.01mol/L，即可使吸收峰值处在此合适范围。硫酸二水二乙二胺合铜峰值为0.81，与0.8相差不大，其余三种均在此范围，测定结果应当可靠，与查询资料所得结果基本符合。 5．中心原子铜均可视为八面体场，在硫酸四氨合铜，硫酸乙二胺四乙酸合铜，及硫酸二水二乙二胺合铜中，Cu-N键长短于Cu-O键长，即此时可视为变形八面体，但实验结果仍以正八面体计算，对讨论不同配体对晶体场分裂能大小影响，从实验结果看仍然适用，即此八面体场与正八面体相去不远。 2 四．结论： 1．测定结果符合光