甲基红离解平衡常数的测定

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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0lgI Aklc I(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

2、色光， 分别依次通过某一溶液， 测定溶液对 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。

3、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 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 AA 1、AA 2、AB 1、AB 2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-

4、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，

5、酸式吸收较小。故依据(5)、(6) 式，可得： MR- / HMR = (A总 430*KHMR 530- A总 520*K HMR 430 )/( A总 520*K MR- 430 - A总 430 *K MR- 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HMRMRHk令-lgK=pK ，则lg HMRMRpHpK (8) 由(8)式可知，只要测定

6、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

7、，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

8、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-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

9、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/ml 0.1 mol.L-

10、1HCl / ml 0# 100% 20.00 0.00 1#75% 15.00 5.00 2#50% 10.00 10.00 3#25% 5.00 15.00 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/ml 0.1 mol.L-1NaAc / ml 0# 100% 20.00 0.00 4#75% 15.00 5.00 5#50% 10.00 10.00 6#25% 5.00 15.00 配制完后分别测得7 种溶液在 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 / m

11、l 0.1 mol.L-1HCl / ml 0.04 mol.L-1NaAc / ml 7# 10.00 5.00 25.00 8#10.00 10.00 25.00 9#10.00 25.00 25.00 10#10.00 50.00 25.00 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

12、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 A 420 0.061 410 0.398 440 0.138 420 0.411 460 0.296 430 0.415 480 0.551 440 0.412 500 0.835 450 0.399 510 0.947 470 0.326 520 1.008 490 0.192 530 1.000 510 0.078 540 0.963 530 0.035 560 0.753 - - 580 0.251 - - 600 0.039 - - 2.以酸式为主和以碱式为主的甲基红各

13、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，以蒸馏水为参比溶液，数据记录在下表： 溶液编号A总 520A总 430 0#0.992 0.084 1#0.766 0.061 2#0.510 0.038 3#0.260 0.018 0#0.050 0.421 4#0.026 0.295 5#0.018 0.207 6#0.009 0.101 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 430 7#0.583 0.

14、217 8#0.724 0.164 9#0.856 0.116 10#0.917 0.100 4.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： 溶液编号7#8#9#10#PH 4.67 4.33 3.89 3.58 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 430nm 2.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

15、#1#2#3#0#4#5#6#浓度 mol/L 3.713* e-5 2.785* e-5 1.856* e-5 0.928* e-5 3.713* e-5 2.785* e-5 1.856* e-5 0.928* e-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 * X A=0.019 B=0.26422故摩尔消光系数 KHMR 520 =26422L/mol cm A-430: Y = A + B * X A = -0.005 B = 0.02381 故摩尔消光系数KHMR 430 =2381L/m

16、ol cm B-520: Y = A + B * X A = -0.007 B = 0.01412 故摩尔消光系数KMR-520 =1412L/mol cm B-430: Y = A + B * X A = -0.006 B = 0.11293 故摩尔消光系数KMR- 430 =11293L/mol cm 3.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-/ HMR0.692 0.328 0.108 0.045 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