甲基红离解平衡常数的测定

1、实验二甲基红离解平衡常数的测定、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=lg0=klcA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，测定溶液对每一种光

2、波的吸光度，以吸光度A对波长入作图，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（入下测定不同浓度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，则可在两波长川及打时（九、尬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

3、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)对于单组分4*Af=KXA对于单组分易图=KfCBJ设从?.分别代表在As及及时混合溶液的总吸光度,则鹏”=阳+世=KSp+松。此处AA入卜 由（3）式可得：AB=小+A=KJCA+KQAA入方AB壮A%2分别代表在a及打时组分A和B的吸光度。(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Q加时，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。用"、羽"

4、.是混合溶液在为、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：一COOHQn(ch3)2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11液中它以两种离子形式存在:cop(CHa) 2N-N-酸HMR)”红Oil9卜CO?(CH3)2N-N=N-嗣MR-)-黄茴单地写成；HMR，H1+MR-甲基红的酸形式甲基红的碱形式在波长520nm处，甲基红酸式HMR

5、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430KHMR530-A总520*K'HMR430)/(A总520*K'MR-430-A总430*K'MR-520)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pH=46范围内改变，因此比值MR-/HMR可用分光光度法测定而求得。H MR -HMR 甲基红的电离常数k令-lgK=pK,贝UMR-pK

6、二pHTg(8)HMR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:光声 单色器竹，益信号挎示系蚯吸收池本实验使用的是722N型可见分光光度计。722N型可见分光光度计采用光栅自准式色散系统和单色光结构光路，布置如图（图L18）,7图 1.18】一聚光能2-淀色片7光珊8一出排缝722N型可见分光光度计光学原理3鸨面素灯4一进疾缝5反射镜6旌直健f9聚光镜】0样品架11一光门12光电池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；如果仪器发生故障，需报告指导教师，不

7、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，（HANNAinstrument）pH211MicroprocessorpHmeter,容量瓶100m111个，烧杯50m13个，移液管10m12支，25m12支，量筒50ml1个。2、试剂甲基红（A.R.）,95%酒精，HAc,四、实验步骤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500m195%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

8、100ml,用量筒加入50m195%酉精溶液，用蒸储水稀释至刻度，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10.000.1mo1.L-1HC1,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，力口25.000.04mol.L-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，分别装入蒸储

9、水和A溶液，以蒸储水为参比，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，分别装入蒸储水和B溶液，以蒸储水为参比，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，每次更换波长都应重新在蒸储水处调整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/ml0.1mol.L-1H

10、Cl/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/ml0.1mol.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种溶液在520nm及430nm处的吸光度A6.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?§液/ml0.1mol.L-1HCl/ml0.04mol.L-1NaAc/ml7#10.005.0025.00

11、8#10.0010.0025.009#10.0025.00125.0010#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）入/nm吸光度A入/nm吸光度A4200.0614100.3984400.1384200.411460

12、0.2964300.4154800.5514400.4125000.8354500.3995100.9474700.3265201.0084900.1925301.0005100.0785400.9635300.0355600.753-5800.251-6000.039-2.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#溶液在波长520nm、430nm下分别测定吸光度，以蒸储水为参比溶液，数据记录在下表:溶液编号A忌520A忌4300#0.9920.0841#0.7660.0612#0.5100.0383#0.2600.0180*0.0500.4214#0.0260.

13、2955#0.0180.2076#0.0090.1013.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，以蒸储水为参比溶液，数据记录如下:溶液编号A总520A总4307#0.5830.2178#0.7240.1649#0.8560.11610#0.9170.1004.甲基红溶液PH的测定用PH计分别测定上述7#10#溶液的PH,测得的PH如下:、4el-#溶液编号7#8#9#“#10PH4.674.333.893.58六、数据处理1.用五、1中的数据作出A溶液和B溶液的A入图(1)纯酸式甲基红HMR(A溶液)A入图如下，由图中读出其最

14、大吸收波长为520nm1.0-0.8-*“/06-/*1/0.4-/*02-4004204404604BD500520540560580600620A/nm(2)纯碱式甲基红MR-(B溶液)A一入图如下，由图中读出其最大吸收波长为430nmB4g420440460480500520540AJnm2.求A溶液和B溶液的摩尔消光系数(1)各溶液浓度计算#ff#f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-5(2)各溶液浓度与其吸光度曲线将

15、五、2中数据在origin中作图如下:1.02c/105mol/LB-520I40.80.6-0.40.20.0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K'HMR520=26422L/molcmA-430:Y=A+B*XA=-0.005B=0.02381故摩尔消光系数K'HMR430=2381L/molcmB-520:Y=A+B*XA=-0.007B=0.01412故摩尔消光系数K'MR-520=1412L/molcmB-430:Y=A+B*XA=-0.006B=0.11293故摩尔消光系数K'MR-430=11

16、293L/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-/HMR0.6920.3280.1080.0454.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。、一、+el#溶液编号7#8#9#/c#10pK4.824.814.864.93计算得pK平土匀=4.86即K=1.38X10-5七、实验讨论1 .实验中拟合计算K'MR-430和K'

17、MR-520时，图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储水标定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#溶液未用蒸储水稀释的原因。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储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，要将其置于充满蒸储水的套中。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U峰处吸光系数K值较大，物质在含量上的微