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1、分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数摘要:3,3,5,5-四溴苯酚磺酞（溴酚蓝/B.P.B）是一种酸碱指示剂，在 pH 3.04.6 范围，颜色由黄变蓝。本实验根据贝尔郎比定律,利用分光光度法测定某一波长对不同酸度下 B.P.B 溶液的不同吸收,以此确定体系中组分的含量，从而求算溴酚蓝的电离平衡常数.关键词:3,3,5,5-四溴苯酚磺酞, 分光光度法, 贝尔郎比定律,电离平衡常数.前言：波长为 的单色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（I 0）要弱，其减弱的程度与所用的波长（ ）有关。又因分子结构不相同的物质，对光的吸收有选择性，因此不同的物质
2、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的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对光的选择性吸收的特性而建立的，这一特性不仅是研究物质内部结构的基础，也是定性分性、定量分析的基础.根据贝尔郎比定律，溶液对于单色光的吸收，遵守下列关系式：(1)DIKlClg0式中，D消光（或光密度） ；I/I 0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（即吸收槽的长度） ；C溶液浓度。在分光光度分析中，将每一种单色光，分别、依次地通过某一溶液，测定溶液对每一种光波的消光。以消光（D）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，
3、如图 1 所示。由图可以看出，对应于某一波长有着一个最大的吸收峰，用这一波长的入射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度.从（1）式可以看出，对于固定长度的吸收槽，在对应最大吸收峰的波长（ ）下，测定不同浓度 C 的消光，就可以作出线性的 D C 线，这就是定量分析的基础。也就是说，在该波长时，若溶液遵守贝尔郎比定律，则可以选择这一波长来进行定量分析.本实验用分光光度法测定弱电解质溴酚蓝的电离平衡常数。溴酚蓝是一种酸碱指示剂，本身带有颜色且在有机溶剂中电离度很小，所以用一般的化学分析法或其他物理化学方法很难测定其电离平衡常数。而分光光度法可以利用不同波长对其组分的不同吸收来确定体系中组分的含量，从而求
4、算溴酚蓝的电离平衡常数。溴酚蓝在有机溶剂中存在着以下的电离平衡： HA =H+A其平衡常数为： KaHA图 1 分光光度曲线溶液的颜色是由显色物质 HA 与 A 引起的，其变色范围 PH 在3.14.6 之间，当 PH3.1 时，溶液的颜色主要由 HA 引起的，呈黄色；在 PH 4.6 时，溶液的颜色主要由 A 引起，呈蓝色。实验证明，对蓝色产生最大吸收的单色光的波长对黄色不产生吸收，在其最大吸收波长时黄色消光为 0 或很小。用对 A 产生最大吸收波长的单色光测定电离后的混合溶液的消光，可求出 A 的浓度。令 A 在显色物质中所占的分数为 X，则 HA 所占的摩尔分数为 1X，所以或者写成：K
5、Xa1A(2)lglgKa1PH根据上式可知，只要测定溶液的 PH 值及溶液中的HA和A ，就可以计算出电离平衡常数 Ka。在极酸条件下，HA 未电离，此时体系的颜色完全由 HA 引起，溶液呈黄色。设此时体系的消光度为 D1；在极碱条件下，HA 完全电离，此时体系的颜色完全由 A 引起，此时的消光度为 D2，D 为两种极端条件之间的诸溶液的消光度，它随着溶液的 PH 而变化，D (1 X)D1+XD2。可得 X2代入(2) 式得 (3)lgDPKa12H在测定 D1、D 2 后，再测一系列 PH 下的溶液的光密度，以对 PH 作图应为一直线，由其在纵轴上的截距可求出 PKa，lg2从而可得该物
6、质的电离平衡常数。本实验的 pH 值通过 pH 计测得。实验部分：1.仪器与药品： 722 型分光光度计, 超级恒温水浴,10mL 移液管 3 支， 25mL 移液管 1 支,25mL 量筒 1 只,滴管若,100mL 容量瓶 11 个;510-5moldm-3 的溴酚蓝溶液， 0.1moldm-3 的 HCl 溶液1 moldm-3 的 HCl 溶液,0.1 mol dm-3NaOH 溶液0.2 moldm-3NaOH 溶液, 0.1 mol dm-3 邻苯二甲酸氢钾溶液.2.实验步骤：2.1 确定溶液的最大吸收波长。（1）用 20mL 移液管准确移取 510-5 moldm-3的 B.P.
7、B 溶液20mL，置于一个洗干净的 100mL 的容量瓶中，并用 50ml 的移液管准确加入 50mL0.1 moldm-3的邻苯二甲酸氢钾缓冲溶液，加 H2O 稀释到刻度，得 1.010-5 moldm-3的 B.P.B 溶液。（2）取cm 厚度的比色皿两只，分别用 H2O 和 1.010-5 moldm-3的 B.P.B 溶液洗净，再分别装入 2/3 体积的 H2O 和 1.010-5 moldm-3的 B.P.B 溶液，把比色皿两光面擦干，插入光度计恒温比色槽中，用蒸馏水作空白溶液，用以校正仪器。放在最外面的一个槽内便于测量。（3）在 480630nm 波长范围内，从低到高逐一选择仪器的
8、入射光波长，用空白溶液蒸馏水在 T 档校正仪器的 0 点和 100，并用吸光旋钮调 H2O 的吸光度为 0，再测量两种不同溶液的吸光度。在480560 的范围内每隔 10nm 测一次，在 560600nm 范围内每隔5nm 测一次，在 600630nm 范围内每隔 10nm 测一次。(4)将所得的结果以吸光度 D 对 作图:以此可知,B.P.B 溶液最大吸光波长 max为 590nm. 2.2 各个不同酸度的溴酚蓝溶液配置。取 7 只 100mL 的干净容量瓶，分别加入 20mL 510-5 moldm-3的B.P.B 溶液，再分别加入 50mlL0.1 moldm-3邻苯二甲酸氢钾溶液。加入
9、的 HCl 和 NaOH 的量以下表为准，再加稀释至刻度。可分别得到不同 PH 值下的 B.P.B 溶液。溶液号PH 值 X1（0.1 moldm-溶液号PH 值 X1（0.1 moldm-3HCl） 3NaOH）1 3.2 16.00mL 5 4.2 3.00mL2 3.4 10.00mL 6 4.4 7.00mL3 3.6 6.00mL 7 4.6 11.00mL4 3.8 3.00mL2.3 不同酸度下，溴酚蓝溶液 pH 值及其吸光度 D 的测定。2.3.1 将上述七种不同酸度的溴酚蓝溶液用酸度计测量相应的 pH 值。2.3.2 将波长固定在 max处，把已经恒温的溶液逐一以蒸馏水作参比
10、，测量其吸光度，可得一系列的 D 值。由于在 max的波长下，对HA 不产生吸收，所以此时的 D 是 A 的吸收提供的。取两只 100mL 容量瓶，分别加入 20mL510-5 moldm-3的 B.P.B 溶液。在一支容量瓶中加入 50mL0.2 moldm-3的 NaOH 溶液稀释到刻度，得 B.P.B 的极碱溶液，在另一支容量瓶中加入 1 moldm-3的 HCl 溶液 10mL，稀释至刻度，得 B.P.B 的极酸溶液。在分光光度计上迅速测量极酸溶液、极碱溶液的吸光度 D1和 D2，测量结果表明，极酸时溶液呈黄色，在 max情况下，测得的吸光度为 0。数据分析1.对测得数据以 对 PH
11、作图,得:lgD12从图中可知, 截距 PKa=3.99,B.P.B 的电离平衡常数Ka=1.02310-42.误差分析实际上 1pKa=4.1，p Ka的实验误差为 2.7%.可能由于以下几个方面:(1)温度误差：环境温度远低于 25，在测量 pH 值时溶液样品降温很快，pH 值较低,这也解释了纵截距偏小的原因.如果将溶液样品在恒温水浴中直接测定,可以减小此误差.(2)光路误差:由于 722 型分光光度计每次测量需手动校正,若入射光与比色皿表面法线方向略有不同,会导致 D 值偏大,这解释了拟合直线斜率偏小的原因.如果多次测量 D 值取最小值, 可以减小此误差.结论本实验测得溴酚蓝的电离平衡常
12、数 Ka=1.02310-4,与实际值非常接近,证实了贝尔郎比定律的准确性.若溶液中各组分的特征吸收不相重叠,可以用此方法测定该溶液中的各个组分浓度参考文献：1李龙泉、朱玉瑞、金谷、 江万权 中国科学技术大学出版社,20052 中国科学技术大学化学物理系 化学物理实验讲义3 南京大学化学工程学院 傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华 物理化学The Determination of Ionization Equilibrium Constant of 2,6-dibromo-4-3-(3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl)-1,1-dioxo-3-benzocoxathiolylp
13、henol by UV Spectrophotometry Department of Physical Chemistry,University of Science andTechnology of ChinaAbstract:2,6-dibromo-4-3-(3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl)-1,1-dioxo-3-benzocoxathiolylphenol (Bromophenol blue /B.P.B) is a kind of weak electrolytics，used as an acid-base indicator with its colou
14、r changing from yellow at pH 3.0 to purple at pH 4.6.By using UV-spectrophotometer,we measured the absorbencies of its solutions in different pHs. With the LambertBeer law,we could know the component of each solution.Thus we determined the ionization equilibrium constant of Bromophenol blue.Key word:Bromophenol blue,UV-spectrophotometer, ionization equilibrium constant,the LambertBeer law.
