题目
现取某含铁试液2.00 mL定容至100.00 mL,从中吸取2.00mL显色定容至50.00 mL,用1 cm吸收池测得透光率为39.8%。已知显色络合物的摩尔吸光系数为1.10 times 10^4 , (L) cdot (mol)^-1 cdot (cm)^-1,求某含铁试液中铁的含量。(计算结果单位以(g) cdot (L)^-1表示)[已知(M)((Fe)) = 55.85 , (g) cdot (mol)^-1]
现取某含铁试液2.00 mL定容至100.00 mL,从中吸取2.00mL显色定容至50.00 mL,用1 cm吸收池测得透光率为39.8%。已知显色络合物的摩尔吸光系数为$1.10 \times 10^{4} \, \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{cm}^{-1}$,求某含铁试液中铁的含量。(计算结果单位以$\text{g} \cdot \text{L}^{-1}$表示)[已知$\text{M}(\text{Fe}) = 55.85 \, \text{g} \cdot \text{mol}^{-1}$]
题目解答
答案
根据题目数据,吸光度 $ A = -\log(0.398) \approx 0.400 $。
由比尔定律 $ A = \varepsilon c l $,得:
\[
c = \frac{0.400}{1.10 \times 10^4} = 3.636 \times 10^{-5} \, mol·L^{-1}
\]
显色溶液对应稀释后溶液浓度为:
\[
c' = 3.636 \times 10^{-5} \times 25 = 9.091 \times 10^{-4} \, mol·L^{-1}
\]
原试液中 Fe 的浓度为:
\[
c'' = 9.091 \times 10^{-4} \times 50 = 0.045455 \, mol·L^{-1}
\]
质量浓度为:
\[
\text{质量浓度} = 0.045455 \times 55.85 \approx 2.54 \, g·L^{-1}
\]
最终结果:原试液中铁的含量为 $ 2.54 \, g·L^{-1} $。
解析
本题考查分光光度法测定物质含量,解题思路是先根据透光率计算吸光度,再利用比尔定律求出显色溶液中络合物的浓度,然后根据稀释关系反推出原试液中铁的浓度,最后将浓度换算为质量浓度。
- 计算吸光度 $A$:
已知透光率 $T = 39.8\%=0.398$,根据吸光度与透光率的关系 $A = -\log T$,可得:
$A = -\log(0.398)\approx 0.400$ - 根据比尔定律计算显色溶液中络合物的浓度 $c$:
比尔定律表达式为 $A = \varepsilon cl$,其中 $A$ 为吸光度,$\varepsilon$ 为摩尔吸光系数,$c$ 为溶液浓度,$l$ 为吸收池厚度。
已知 $A = 0.400$,$\varepsilon = 1.10\times 10^{4}\, \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{cm}^{-1}$,$l = 1\,\text{cm}$,将其代入公式可得:
$c=\frac{A}{\varepsilon l}=\frac{0.400}{1.10\times 10^{4}\times1}\approx 3.636\times 10^{-5}\, \text{mol} \cdot \text{L}^{-1}$ - 计算稀释后溶液的浓度 $c'$:
从定容至 $100.00\,\text{mL}$ 的溶液中吸取 $2.00\,\text{mL}$ 显色定容至 $50.00\,\text{mL}$,则稀释倍数为 $\frac{50.00}{2.00}=25$ 倍。
所以稀释后溶液的浓度 $c'$ 是显色溶液浓度 $c$ 的 $25$ 倍,即:
$c' = 3.636\times 10^{-5}\times 25 = 9.091\times 10^{-4}\, \text{mol} \cdot \text{L}^{-1}$ - 计算原试液中铁的浓度 $c''$:
最初取某含铁试液 $2.00\,\text{mL}$ 定容至 $100.00\,\text{mL}$,稀释倍数为 $\frac{100.00}{2.00}=50$ 倍。
所以原试液中铁的浓度 $c''$ 是稀释后溶液浓度 $c'$ 的 $50$ 倍,即:
$c'' = 9.091\times 10^{-4}\times 50 = 0.045455\,\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}$ - 计算原试液中铁的质量浓度:
根据物质的量浓度与质量浓度的关系 $\rho = cM$(其中 $\rho$ 为质量浓度,$c$ 为物质的量浓度,$M$ 为摩尔质量),已知 $M(\text{Fe}) = 55.85\,\text{g} \cdot \text{mol}^{-1}$,可得:
$\rho = 0.045455\times 55.85\approx 2.54\,\text{g} \cdot \text{L}^{-1}$