1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、測(cè)定物質(zhì)的摩爾磁化率，估計(jì)待測(cè)金屬配合物中心離子的未成對(duì)電子數(shù)，判斷分子配鍵的類型。2、掌握磁天平測(cè)定磁化率的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、摩爾磁化率和分子磁化率 在外磁場(chǎng)作用下，由于電子等帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)會(huì)被磁化而感應(yīng)出一個(gè)附加磁場(chǎng)。這個(gè)附加磁場(chǎng)H的強(qiáng)度由物質(zhì)的磁化率決定：H=4H0為物質(zhì)的體積磁化率，反映物質(zhì)被磁化的難易程度，化學(xué)上常用摩爾磁化率m表示磁化程度：m=M，單位為m3mol-1。對(duì)于順磁性物質(zhì)，摩爾順磁磁化率與分子磁矩m關(guān)系有：m=順=L0m23kT（0為真空磁導(dǎo)率，由于反磁化率較小，所以反忽略作近似處理）順磁性物質(zhì)m與為成對(duì)電子數(shù)n的關(guān)系：m=Bnn+

2、2( B為玻爾磁子，B=9.27310-21ergG-1 =9.27310-28JG-1 =9.27310-24 JT-1)2、摩爾磁化率的測(cè)定樣品在非均勻磁場(chǎng)中受到的作用力F可近似為：F=12mm0H2Mh在非均勻磁場(chǎng)中，順磁性物質(zhì)受力向下所以增重；而反磁性物質(zhì)受力向上所以減重。測(cè)定時(shí)在天平右臂加減砝碼使之平衡。設(shè)m為施加磁場(chǎng)前后的稱量，則：F=m-m0g所以：m=2m-m0ghM0mH2為樣品管加樣品后在施加磁場(chǎng)前后的稱量差(g)；0為空樣品管在施加磁場(chǎng)前后的稱量差(g)；g為重力加速度(9.8ms-2)；h為樣品高度(cm)；為樣品的摩爾質(zhì)量(gmol-1)；為樣品的質(zhì)量(g)；為磁極中

3、心磁場(chǎng)強(qiáng)度(G)。磁場(chǎng)強(qiáng)度H可由特斯拉計(jì)或CT5高斯計(jì)測(cè)量。應(yīng)該注意，高斯計(jì)測(cè)量的實(shí)際上是磁感應(yīng)強(qiáng)度B，單位為T(特斯拉)，1T=104高斯。磁場(chǎng)強(qiáng)度H可由 B =0H 關(guān)系式計(jì)算得到，H的單位為Am-1。也可用已知磁化率的硫酸亞鐵銨標(biāo)定。在精確的測(cè)量中，通常用莫爾氏鹽來標(biāo)定磁場(chǎng)強(qiáng)度，它的摩爾磁化率與溫度的關(guān)系為m=9500T+14M10-9m3mol三、 實(shí)驗(yàn)用品1、儀器分析天平、高斯計(jì)、玻璃樣品管、研缽、角匙、玻璃棒2、試劑莫氏鹽(NH4)2SO4FeSO46H2O、亞鐵氰化鉀 K4Fe(CN)63H2O、硫酸亞鐵FeSO47H2O。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 磁極中心磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)定（1）先將勵(lì)磁

4、電流調(diào)至“0”，調(diào)零；（2）將勵(lì)磁電流調(diào)至“0.5A”,將高斯計(jì)放入磁極中心，旋轉(zhuǎn)探頭，尋找到使磁場(chǎng)強(qiáng)度顯示最大值的位置，將探頭固定；（3）調(diào)節(jié)旋鈕逐漸增大電流，記錄當(dāng)電流為 1A、2A、3A 時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；（4）再逐漸減小電流（從 3.5A 開始），記錄 3A、2A、1A 時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；（5）重復(fù)以上（3）、（4）步驟，求得三個(gè)電流值對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。2. 樣品管的質(zhì)量測(cè)定（1）取下探頭，取一干潔的空樣品管懸掛在磁天平左臂掛鉤上，樣品管應(yīng)與磁極中心線平齊，注意樣品管不要與磁極相觸；（2）將電流調(diào)至“0”時(shí)，記錄磁天平的讀數(shù)；（3）調(diào)節(jié)旋鈕逐漸增大電流，記錄當(dāng)電流為 1A、2A、3A 時(shí)磁天平的

5、讀數(shù)；（4）再逐漸減小電流（從 3.5A 開始），記錄 3A、2A、1A 時(shí)磁天平的讀數(shù)；（5）重復(fù)以上（3）、（4）步驟；（6）求得三個(gè)電流對(duì)應(yīng)下的空管的平均質(zhì)量。3. 用莫爾鹽標(biāo)定在特定勵(lì)磁電流下的磁場(chǎng)強(qiáng)度H（1）先將硫酸亞鐵銨用研缽碾細(xì)，再裝入樣品管中，每裝 1cm，用玻棒將樣品填實(shí)，裝至刻度線，懸掛在磁天平左臂掛鉤上，記錄此時(shí)的溫度；（2）重復(fù) 2 中的（2）、（3）、（4）、（5）步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄；（3）記錄測(cè)后的溫度，溫度取平均值；（4）求得三個(gè)電流對(duì)應(yīng)下的（空管+硫酸亞鐵銨）的平均質(zhì)量；（5）將硫酸亞鐵銨回收，將空管洗凈，用丙酮涮洗吹干。4. 樣品的摩爾磁化率測(cè)定（1）同法測(cè)定（

6、FeSO47H2O+空管）在不同勵(lì)磁電流下的平均質(zhì)量；（2）同法測(cè)定（K4Fe(CN)63H2O+空管）在不同勵(lì)磁電流下的平均質(zhì)量。（3）計(jì)算樣品的摩爾磁化率。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1. 磁極中心磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)定電流強(qiáng)度/AB1/mTB2/mTB3/mTB4/mT平均值/mT磁場(chǎng)強(qiáng)度H/ Am-11.079.180.777.280.379.363104.92.0153.7151.8155.7154.3153.9122469.73.0224.9228.7225.9227.8226.8180501.6其中，磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 由公式B = 0求得，真空磁導(dǎo)率0=410-7N/A2。2. 樣品管的質(zhì)量測(cè)定電流/

7、A01.02.03.0m0/g25.698025.706725.735925.787925.719625.750125.789225.174825.743625.787625.698225.718825.753625.7879m0平均值/g25.698125.715025.745825.7882m0/g0.01690.04770.0901樣品管刻度線高度：h=15.0cm3. 用莫爾鹽標(biāo)定在特定電流下的磁場(chǎng)強(qiáng)度HM（(NH4)2SO4FeSO46H2O）=392.14 g/mol實(shí)驗(yàn)前溫度：26.1 實(shí)驗(yàn)后溫度：26.9 平均溫度=299.65K電流/A01.02.03.0m0/g75.568

8、575.5938 75.6728 75.809375.6099 75.6962 75.815775.6038 75.6819 75.803675.5697 75.6122 75.6962 75.8154m0平均值/g75.5691 75.604975.6868 75.8110m0/g0.0358 0.11770.2419299.65K 下，莫爾鹽的摩爾磁化率為：mB=9500T+14M10-9=1.557110-7(m3/mol)由公式m=2m-m0ghM0mH2可計(jì)算得個(gè)電流下的磁場(chǎng)強(qiáng)度H電流/A1.02.03.0磁場(chǎng)強(qiáng)度H/Am -1標(biāo)定值47244.9890876.47133715.87

9、測(cè)定值63104.9122469.7180501.64. 亞鐵氰化鉀樣品的摩爾磁化率測(cè)定M（K4Fe(CN) 63H2O）=422.39 g/mol實(shí)驗(yàn)前溫度：26.3 實(shí)驗(yàn)后溫度：26.8 平均溫度=299.75K電流/A01.02.03.0m/g70.998370.991071.032071.092171.010971.053271.101871.007671.040871.092570.989471.014571.048271.1056m 平均值/g70.993871.006071.043671.0980m/g0.01220.04980.1042由公式m=2m-m0ghM0mH2計(jì)算得各

10、項(xiàng)的m：電流/A1.02.03.0m/m3mol-1標(biāo)定值-4.5910-85.5510-91.7210-8測(cè)定值-2.5710-83.0510-99.4410-9舍去第一組數(shù)據(jù)，m的平均值為8.8110-9m3/mol又根據(jù)m=順=L0m23kT得m=1.2010-23J/T又有m=Bnn+2， B=9.27410-24J/Tnn+2=1.29得未成對(duì)電子數(shù)n=0.63，約為05. 硫酸亞鐵樣品的摩爾磁化率測(cè)定M（FeSO47H2O）=278.02 g/mol實(shí)驗(yàn)前溫度：26.6 實(shí)驗(yàn)后溫度：26.9 平均溫度=299.95K電流/A01.02.03.0m/g79.5360 79.57007

11、9.666179.828779.5982 79.6968 79.836579.5769 79.668079.830779.5361 79.585479.690879.8482m平均值/g79.5361 79.582679.680479.8360m/g0.0465 0.1443 0.2999由公式m=2m-m0ghM0mH2計(jì)算得各項(xiàng)的m：電流/A1.02.03.0m/m3mol-1標(biāo)定值1.6010-71.4110-71.4110-7測(cè)定值8.9810-87.7710-87.7510-8m的平均值為1.1510-7m3/mol又根據(jù)m=順=L0m23kT得m=4.3410-23J/T又有m=B

12、nn+2， B=9.27410-24J/Tnn+2=4.68得未成對(duì)電子數(shù)n=3.79，約為4六、 數(shù)據(jù)分析1、標(biāo)定值普遍小于測(cè)定值：樣品管的放置位置非磁場(chǎng)中心，所以計(jì)算公式得出的結(jié)果小于實(shí)際測(cè)量結(jié)果。2、進(jìn)行樣品管的質(zhì)量測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，樣品管重量增加，這與通常情況下不符。通常玻璃是具有逆磁性，因而磁場(chǎng)強(qiáng)度增加會(huì)使重量減小。3、舍棄了在測(cè)量亞鐵氰化鉀樣品時(shí)的第一組數(shù)據(jù)，此時(shí)的計(jì)算結(jié)果為負(fù)，可能是樣品管質(zhì)量測(cè)定時(shí)有誤差。在實(shí)際操作中，由于樣品管非正規(guī)樣品管，由棉繩連接，所以在棉繩濕潤(rùn)和干燥時(shí)存在質(zhì)量差距。4、最后計(jì)算得到，亞鐵氰化鉀樣品 n=0，說明 Fe 2+ 與水分子配位后，

13、仍然保持自由離子狀態(tài)下的電子層結(jié)構(gòu)；硫酸亞鐵樣品 n=4，說明 Fe 2+ 與 CN - 配位后，外層電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變?yōu)榈妥孕Ｓ?jì)算結(jié)果與實(shí)際相符。5、實(shí)驗(yàn)誤差分析：1) 在實(shí)際操作中，由于樣品管非正規(guī)樣品管，由棉繩連接，所以在棉繩濕潤(rùn)和干燥時(shí)存在質(zhì)量差距。2) 由于滯后效應(yīng)，讀取數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)存在誤差。3) 裝樣的高度與測(cè)量值有誤差，且松緊程度不一致。4) 實(shí)驗(yàn)儀器與計(jì)算方法本身的誤差。七、思考與討論1、簡(jiǎn)述用磁天平法測(cè)定磁化率的基本原理。答：天平左臂懸掛一樣品管，管底部處于磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的區(qū)域，管頂端則位于場(chǎng)強(qiáng)近乎為0的區(qū)域，整個(gè)樣品管處于不均勻磁場(chǎng)中。在非均勻磁場(chǎng)中，順磁性物質(zhì)受力向下

14、所以增重；而反磁性物質(zhì)受力向上所以減重。通過稱量差等數(shù)據(jù)與磁化率的關(guān)系算出磁化率。可以用莫爾氏鹽來標(biāo)定磁場(chǎng)強(qiáng)度。2、本實(shí)驗(yàn)中為什么樣品裝填高度要求在15 cm左右?答：這是為了確保管頂端的磁場(chǎng)強(qiáng)度近似為 0，從而符合計(jì)算公式的使用條件。3、在不同的勵(lì)磁電流下測(cè)定的樣品的摩爾磁化率是否相同？為什么實(shí)驗(yàn)結(jié)果若有不同應(yīng)如何解釋？答：理論上，在不同的勵(lì)磁電流下測(cè)定的樣品的摩爾磁化率應(yīng)相同，因?yàn)槟柎呕适怯晌镔|(zhì)本身的性質(zhì)所決定的。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有不同，因?yàn)椋?l 實(shí)驗(yàn)理論公式的推導(dǎo)中忽略順磁性物質(zhì)逆磁磁化率的影響，由于順逆磁磁化率相反（即符號(hào)相反），所以理論推導(dǎo)中磁化率偏大；l 在推導(dǎo)過程中，將樣品管頂端的磁場(chǎng)強(qiáng)度視作為0，而實(shí)際上在不同的勵(lì)磁電流下，該值并不為零且隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)會(huì)變大；l 由于電磁鐵的磁芯所用的磁導(dǎo)材料不是理想的軟磁體，因而存在剩磁效應(yīng)。因此，在升降電流時(shí)，實(shí)際所產(chǎn)生的