甲基红离解平衡常数的测定(共11页)

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1、实验二 甲基红离解平衡常数的测定一、 实验目的 1. 学会用分光光度法测定溶液各组分浓度，并由此求出甲基红离解平衡常数。2. 掌握可见分光光度计的原理和使用方法。二、 实验原理 1.分光光度法 分光光度法是对物质进行定性分析、结构分析和定量分析的一种手段，而且还能测定某些化合物的物化参数，例如摩尔质量，配合物的配合比和稳定常数以及酸碱电力常数等。 测定组分浓度的依据是朗伯-比尔定律：一定浓度的稀溶液对于单色光的吸收遵守下式 (1)A为吸光度，I/I0为透光率T，k为摩尔吸光系数（与溶液的性质有关），l为溶液的厚度，c为溶液浓度。在分光光度分析中，将每一种单色光，分别依次通过某一溶液，测定溶液对

2、每一种光波的吸光度，以吸光度A对波长作图，就可以得到该物质的分光光度曲线，或吸收光谱曲线，如图1所示。由图可以看出，对应于某一波长有一个最大的吸收峰，用这一波长的入射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度。 图1 分光光度曲线从(1)式可以看出，对于固定长度吸收槽，在对应最大吸收峰的波长()下测定不同浓度c的吸光度，就可作出线性的Ac线，这就是光度法的定量分析的基础。以上讨论是对于单组分溶液的情况。对含有两种以上组分的溶液，情况就要复杂一些： 若两种被测定组分的吸收曲线彼此不相重合，这种情况很简单，就等于分别测定两种单组分溶液。 两种被测定组分的吸收曲线相重合，且遵守Lambert-Beer定律，则可

3、在两波长1及2时(1、2是两种组分单独存在时吸收曲线最大吸收峰波长)测定其总吸光度，然后换算成被测定物质的浓度。根据Beer-Lambert定律，假定吸收槽的长度一定(一般为1cm)， (2) (3) (4) 此处AA1、AA2、AB1、AB2分别代表在1及2时组分A和B的吸光度。由(3)式可得： (5) 将(5)式代入(4)式得： (6) 这些不同的K值均可由纯物质求得。也就是说，在各纯物质的最大吸收峰的波长1、2时，测定吸光度A和浓度c的相关，如果在该波长处符合朗伯-比尔定律，那么Ac为直线，直线的斜率为K值。是混合溶液在1、2时测得的总吸光度，因此根据(5)、(6)式即可计算混合溶液中组

4、分A和组分B的浓度。甲基红溶液即为中所述情况。其他情况要比更复杂一些，本实验暂不作讨论。 2.甲基红离解平衡常数及pK的测定甲基红是一种弱酸型的染料指示剂，具有酸（HMR）和碱（MR-）两种形式。其分子式为： 它在溶液中部分电离，在碱性浴液中呈黄色，酸性溶液中呈红色。在酸性溶液中它以两种离子形式存在： 在波长520nm处，甲基红酸式HMR对光有最大吸收，碱式吸收较小；在波长430nm处，甲基红碱式MR-对光有最大吸收，酸式吸收较小。故依据(5)、(6)式，可得：MR- / HMR = (A总430*KHMR530- A总520*KHMR430 )/( A总520*KMR-430 - A总430

5、 *KMR-520) (7) 由于HMR和MR两者在可见光谱范围内具有强的吸收峰，溶液离子强度的变化对它的酸离解平衡常数没有显著影响，而且在简单CH3COOH-CH3COONa缓冲体系中就很容易使颜色在pH46范围内改变，因此比值MR-HMR可用分光光度法测定而求得。 甲基红的电离常数 令-lgK=pK，则 (8)由(8)式可知，只要测定溶液中MR-/HMR及溶液的pH值(用pH计测得)，即可求得甲基红的pK。 3.可见分光光度计的原理及使用方法 分光光度计的结构一般由五部分组成： 本实验使用的是722N型可见分光光度计。 使用此仪器时应注意： 按照老师指导的仪器使用方法规范使用； 如果仪器发

6、生故障，需报告指导教师，不能自行进行修理； 使用分光器前要预热仪器，使电压稳定；比色皿放入样品室前，用镜头纸擦干比色皿外的的溶液，切忌用手触碰比色皿透光面。三、 仪器和试剂 1、仪器 722型分光光度计，(HANNA instrument)pH211 Microprocessor pH meter，容量瓶100ml11个，烧杯50ml3个，移液管10ml2支，25ml2支，量筒50ml1个。 2、试剂甲基红（A.R.），95%酒精，0.1mol.L-1 HAc，0.01mol.L-1HCl，0.1mol.L-1HCl，0.01mol.L-1NaAc，0.04mol.L-1NaAc。四、实验步骤

7、 1.甲基红储备溶液的配制 用研钵将甲基红研细，称取1g甲基红固体溶解于500ml95%酒精中。 甲基红储备溶液已配好，此步骤略去。 2.甲基红标准溶液的配制由公用滴定管放出5ml甲基红储备液于100ml，用量筒加入50ml 95%酒精溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。储备溶液呈深红色，稀释成标准溶液后颜色变浅。 3.A溶液(纯酸式)和B溶液(纯碱式)的配制 A溶液：取10.00ml甲基红标准溶液，加10.00 0.1 mol.L-1HCl，再加水稀释至100ml，此时溶液PH大约为2，故此时溶液的甲基红以HMR形式存在。B溶液：取10.00ml甲基红标准溶液，加25.00 0.04 mol.L

8、-1NaAc，再加水稀释至100ml，此时溶液PH大约为8，故此时溶液的甲基红以MR-形式存在。A溶液呈红色，B溶液呈黄色。 4.最高吸收峰的测定 （1）A溶液的最高吸收峰 取两个1cm比色皿，分别装入蒸馏水和A溶液，以蒸馏水为参比，从420600nm波长之间每隔20nm测一次吸光度。在500540之间每隔10nm测一次吸光度，以便精确求出最高点之波长。 （2）B溶液的最高吸收峰取两个1cm比色皿，分别装入蒸馏水和B溶液，以蒸馏水为参比，从410530nm波长之间每隔20nm测一次吸光度。在410450之间每隔10nm测一次吸光度，以便精确求出最高点之波长。操作分光光度计时应注意，每次更换波长

9、都应重新在蒸馏水处调整T档为100%，然后再切换到A档，测定溶液A值。 5.按下表分别配制不同浓度的溶液：不同浓度的以酸式为主的甲基红溶液的配制溶液编号A溶液的体积百分比含量A溶液/ml0.1 mol.L-1HCl / ml0#100%20.000.001#75%15.005.002#50%10.0010.003#25%5.0015.00不同浓度的以碱式为主的甲基红溶液的配制溶液编号B溶液的体积百分比含量B溶液/ml0.1 mol.L-1NaAc / ml0#100%20.000.004#75%15.005.005#50%10.0010.006#25%5.0015.00配制完后分别测得7种溶液

10、在520nm及430nm处的吸光度A。 6.配制不同pH下的甲基红溶液 按照下表配制4种溶液溶液编号标准溶液 / ml0.1 mol.L-1HCl / ml0.04 mol.L-1NaAc / ml7#10.005.0025.008#10.0010.0025.009#10.0025.0025.0010#10.0050.0025.00 配制完后分别测得4种溶液在520nm及430nm处的吸光度A。5、6步骤中在测量溶液的吸光度时，一个比色皿要使用多次，在更换溶液时要清洗干净，再换装溶液。五、 数据记录 1.纯酸式甲基红HMR（A溶液）和纯碱式甲基红MR-（B溶液）最高吸收峰的测定 测得的纯酸式甲

11、基红HMR（A溶液）和纯碱式甲基红MR-（B溶液）在不同波长时的吸光度如下表：纯酸式甲基红HMR（A溶液）纯碱式甲基红MR-（B溶液） / nm吸光度 A / nm吸光度 A4200.0614100.3984400.1384200.4114600.2964300.4154800.5514400.4125000.8354500.3995100.9474700.3265201.0084900.1925301.0005100.0785400.9635300.0355600.753-5800.251-6000.039- 2.以酸式为主和以碱式为主的甲基红各溶液吸光度的测定 将0# 、0# 、1#6#溶

12、液在波长520nm、430nm下分别测定吸光度，以蒸馏水为参比溶液，数据记录在下表：溶液编号A总520A总4300#0.9920.0841#0.7660.0612#0.5100.0383#0.2600.0180#0.0500.4214#0.0260.2955#0.0180.2076#0.0090.101 3.不同MR- /HMR值的甲基红溶液吸光度的测定 将7#10#溶液在波长520nm、430nm下分别测其吸光度，以蒸馏水为参比溶液，数据记录如下：溶液编号A总520A总4307#0.5830.2178#0.7240.1649#0.8560.11610#0.9170.100 4.甲基红溶液PH

13、的测定 用PH计分别测定上述7#10# 溶液的PH，测得的PH如下：溶液编号7#8#9#10#PH4.674.333.893.58六、数据处理 1.用五、1中的数据作出A溶液和B溶液的A图 (1)纯酸式甲基红HMR（A溶液）A图如下，由图中读出其最大吸收波长为520nm (2)纯碱式甲基红MR-（B溶液）A图如下，由图中读出其最大吸收波长为430nm2.求A溶液和B溶液的摩尔消光系数(1)各溶液浓度计算溶液编号0#1#2#3#0#4#5#6#浓度mol/L3.713*e-52.785*e-51.856*e-50.928*e-53.713*e-52.785*e-51.856*e-50.928*e

14、-5(2)各溶液浓度与其吸光度曲线将五、2中数据在origin中作图如下： 拟合得各直线方程为A-520:Y = A + B * XA=0.019B=0.26422故摩尔消光系数KHMR520 =26422L/molcm A-430: Y = A + B * XA = -0.005B = 0.02381 故摩尔消光系数KHMR430 =2381L/molcmB-520: Y = A + B * XA = -0.007B = 0.01412 故摩尔消光系数KMR-520 =1412L/molcmB-430: Y = A + B * XA = -0.006B = 0.11293 故摩尔消光系数KM

15、R-430 =11293L/molcm3.甲基红溶液中MR-/HMR值的计算将2中计算出的摩尔消光系数和五、3中的吸光度，代入式(7)，计算出7#,8#,9#,10#溶液中MR-/HMR之比。溶液编号7#8#9#10#MR-/HMR0.6920.3280.1080.045 4.甲基红溶液离解平衡常数K的计算将五、4中测得的pH和相应的MR-/HMR代入式(8)，计算出7#,8#,9#,10#溶液的pK值，取其平均值。溶液编号7#8#9#10#pK4.824.814.86 4.93计算得pK平均=4.86即K=1.3810-5七、 实验讨论1.实验中拟合计算KMR-430 和KMR-520时，图

16、中出现明显偏离线性关系的点，分析其原因可能是测量吸光度时没有用蒸馏水标定100%，也有可能是比色皿换装溶液时未洗净。另外，由于分光光度计的测量精度在0.001，所以吸光度越小，其相对误差越大，这也是配制0#6#溶液未用蒸馏水稀释的原因。2.常温下pK为4.950.05，最后计算结果为4.86，相对误差为：R=1.8%误差产生的原因除1中原因外，还有可能是溶液配制不标准，也有可能是温度因素影响，随着温度升高，K值会增大，pK会减小，所以实验过程应尽量保持恒温。3. 在使用精密pH计时要用标准的缓冲溶液标定。本次实验使用的是临苯二甲酸氢钾，pH为4，以及饱和磷酸盐溶液，pH为6.89。pH计在使用

17、前，先要打开静止30min，使电压稳定。使用前用标准液校正选择CAL，用上下箭头选定所要标的pH区间，选定后按确定将玻璃电极用蒸馏水冲洗干净后用滤纸吸干，然后插入到标定液中。然后进行上下限的标定。在每次测定溶液pH前，当润洗玻璃电极2-3次，使用完毕后，为了保证玻璃电极的使用寿命，要将其置于充满蒸馏水的套中。 八、 问答题 1.为何要先测出最大吸收波长，然后在最大吸收峰处测定吸光度？答：因为在最大吸收峰处吸光系数K值较大，物质在含量上的微小变化将引起较大的吸光度差异，因此吸光度A随浓度变化的幅度最大，测定最灵敏；另外还可以减少其他物质对测定物质吸光度的干扰，从而减少误差，提高准确性。 2.为何待测液要配成稀溶液？ 答：因为只有在稀溶液里才能忽略分子间的相互作用关系，这样吸光度才能和浓度存在比例关系，即符合朗伯-比尔定律，当溶液浓度增大后将不再满足这一线性关系。3. 用分光光度法进行测定时，为何要用空白溶液校正零点？答：这样可以消除由于非待测组分对入射光的吸收、散射等；抵消比色皿对入射光的吸收反射。本实验用蒸馏水做空白溶液，是因为溶液中的无机物在本实验测量范围内吸收极小，对实验影响可以忽略。