实验四 分光光度法测定弱电解质的.doc

实验四 分光光度法测定弱电解质的电离常数一、目的1、 学会用分光光度法测定弱电解质的电离常数的物理方法2、学会721型分光光度计和pH计的使用方法二、原理当用波长为的光，通过任何均匀而透明的介质时，由于物质对光的吸收作用而使透射光的强度（I）比入射光的强度（I0）要弱，其减弱的程度与所用的波长（）有关，又因分子结构不同的物质对光的吸收有选择性，因此不同物质在吸收光谱上所出现的吸收峰的位置及其形状，以及在某一波长范围内吸收峰的数目和峰高都与物质的特性有关。分光光度法是根据物质这种选择性的特点建立起来的，这一特点不仅是研究物质内部结构的基础，也是许多定性分析、定量分析的基础。根据朗伯-比耳（Lambert-Beer）定律，溶液对于单色光的吸收遵守下列关系式：D = log（I / I0）= K L C (1)式中：D消光度（或光密度）I / I0透光率K摩尔消光系数，它是溶液的特性常数L被测溶液的厚度（即比色杯的厚度）C溶质的量浓度在分光光度分析中，我们将一系列的单色光，分别依次地通过某一溶液，测定溶液对每一种光的消光度，以消光度（D）对波长（）作图可以得到该物质的吸收光谱线，如图4-1所示。图4-1 吸收光谱曲线从（1）式中可以看出，对于固定厚度的比色杯，在对应最大吸收峰的波长（）上测定某物质不同浓度C的消光度D，若该溶液遵循朗伯比耳定律，以D对C作图应得一直线。然后在相同的条件下，测出待测液的消光度D，我们就可以从DC线上找出待测液的浓度，这就是定量分析的基础。以上讨论的是对于单组份的情况。如果含有两种以上组份的溶液，情况就要复杂一些。下面我们分组进行讨论：1 若两种被测组份的吸收曲线彼此不相重合而又遵守朗伯比耳定律，这种情况很简单，就等于测量两种单组份溶液。2. 若两种被测组份的吸收曲线相重合，又遵守朗伯比耳定律，则可在两波长1及2（1，2是两种组分在单独存在时，吸收曲线最大吸收峰的波长）测定其消光度，然后换算成被测物质的浓度。对单组分A和B，D = K CA （2）D = K CB （3）设 D、D 分别为1和2 时混合液的总消光度，则；D = D + D = K CA + K CB （4）D = D + D = K CA + K CB （5）此处D 、 D 、D 、 D分别表示波长1和2时组分A与B的消光度由（4）式得：CB = （6）将（6）式代入（5）式得：6CA = （7）这些不同的K值均可由纯物质求得。也就是在波长1和2时，分别测定纯物质A和B的消光度D与浓度C的关系，如果在该处符合朗伯比耳定律，那么DC为直线，直线的斜率即为K值，D, D是混合溶液在1和2时测得的消光度，因此根据（6）式与（7）式即可计算混合溶液中组分A和B的浓度。本实验是用分光光度法来测定弱电解质（甲基红）的电离常数，由于甲基红本身带有颜色，并在有机溶剂中电离度很小，所以用一般的化学分析或其它物理化学方法进行测定都有困难，但用分光光度法可不必将其分离而同时能测定两组分的浓度。甲基红在有机溶剂中形成下列平衡：因此，甲基红的电离常数：K = pK = pH - lg (8)由（8）式可知，只要测定溶液的pH值及溶液中MR-HMR的浓度，（由于本体系的吸收曲线属于上述讨论中的第二类型，因此可用分光光度法通过（6）、（7）两式求出MR、HMR），即可求得甲基红的电离常数（K）。三、仪器与试剂1721分光光度计 1台2 奥立龙 868型酸度计 1台3容量瓶100ml3只4容量瓶50ml4只5烧杯100ml3只6烧杯25ml3只7移液管25 ml2支8刻度吸管10ml3支9刻度吸管15 ml2支10洗耳球、滴管、洗瓶 各1只11滤纸12甲基红液（0. 1g/100ml）13. 酒精（95%）140. 01molL-1HCl150. 1 molL-1HCl160. 02 molL-1HAC170. 04 molL-1NaAC180. 01 molL-1NaAC四、实验步骤1 配制溶液（1）标准溶液：取8ml甲基红液加50ml95%酒精，用蒸馏水定容至100ml.(2）溶液A：将10ml标准溶液加10ml 0.1 molL-1HCl,用蒸馏水定容至100ml.(3) 溶液B：将10ml标准溶液加25ml 0.04 molL-1NaAc,用蒸馏水定容至100ml.2. 测定溶液的总消光度及pH值配制4个混合溶液，分别在为525nm 和420nm处测其总消光度及pH值（721型分光光度计和奥立龙 868型酸度计的使用方法见附录十、十一。测定时，先测颜色浅的溶液，再测颜色深的溶液）。(1) 5ml标准溶液+12.5ml 0.04 molL-1NaAc+25ml 0.02 molL-1HAc,用蒸馏水定容至50ml.(2) 5ml标准溶液+12.5ml 0.04molL-1NaAc+12.5ml0.02molL-1HAc，用蒸馏水定容至50ml.(3) 5ml标准溶液+12.5ml 0.04 molL-1NaAc+5ml 0.02 molL-1HAc, 用蒸馏水定容至50ml.(4) 5ml标准溶液+12.5ml 0.04 molL-1NaAc+2.5ml0.02molL-1HAc,用蒸馏水定容至50ml.3求K将溶液A用0.01 molL-1HCl稀释至开始浓度的0.75、0.5、0.25倍，溶液B用0.01 molL-1NaAc稀释至开始浓度的0.75、0.5、0.25倍，并在为525nm和420nm处分别测定上述六个溶液的消光度，则可得四条D-C直线，由直线的斜率求得K值。五、数据处理1. 由实验步骤3所得的四组浓度消光度数据作DC图，由此求出K 、K 、 K 、K 2. 由所得的混合溶液的总消光度，根据（5）、（6）两式，求出混合液中HMR、MR-， 式中：CA = HMR, CB = MR-3. 由所得的pH值及HMR、MR-，代入式（7），求出各个混合溶液的甲基红的电离常数。六、注意事项1 使用721分光光度计时要小心，尤其是关闭或打开暗盒时动作要轻，以免损坏暗盒上 的弹簧开关。（为了保护光电管的寿命，在不进行测定时，应将比色器暗室盒子打开）2 玻璃电极的玻璃很薄，很容易破碎，因此在使用时切不可与任何东西相碰。3 切不可用手去拿比色杯光滑一面，只能拿毛玻璃一面，也不可让两个比色杯的光滑玻璃面相碰，实验完毕，将比色杯泡在酒精中。4 由于比色杯在使用过程中吸附一些有色物质，或者玻璃本身的影响，因此，在测量之前要选择比色杯。选择的方法如下：在四只比色杯中都装满蒸馏水，测定其光密度（或透光度）选择