1、实验二 甲基红离解平衡常数的测定1、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。2、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)0lgIAklcA 为吸光度，I/I 0 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
2、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。两种被测定组分的吸收曲线相重合，且遵守 La
3、mbert-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 AA1、A A2、A B1、A B2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
4、 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，酸式吸收较小。故依据(5)、(6)式，可得：MR- /
5、HMR = (A 总 430*KHMR530- A 总 520*KHMR430 )/( A 总 520*KMR-430 - A 总430 *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HMRk令-lgK=pK，则lgpK(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
6、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。3、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.）
7、，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
8、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
9、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-1HCl / ml0# 100% 20.00 0.001# 75% 15.00 5.002# 5
10、0% 10.00 10.003# 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 / ml0# 100% 20.00 0.004# 75% 15.00 5.005# 50% 10.00 10.006# 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 / ml 0.1 mol.L-1HCl / ml 0.04 mol.L-1NaAc / ml7# 10.00 5.0
11、0 25.008# 10.00 10.00 25.009# 10.00 25.00 25.0010# 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。5、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） / nm 吸光度 A / n
12、m 吸光度 A420 0.061 410 0.398440 0.138 420 0.411460 0.296 430 0.415480 0.551 440 0.412500 0.835 450 0.399510 0.947 470 0.326520 1.008 490 0.192530 1.000 510 0.078540 0.963 530 0.035560 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
13、在下表：溶液编号 A总 520 A总 4300# 0.992 0.0841# 0.766 0.0612# 0.510 0.0383# 0.260 0.0180# 0.050 0.4214# 0.026 0.2955# 0.018 0.2076# 0.009 0.1013.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，以蒸馏水为参比溶液，数据记录如下：溶液编号 A总 520 A总 4307# 0.583 0.2178# 0.724 0.1649# 0.856 0.11610# 0.917 0.1004.甲基红溶液 PH 的测定
14、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 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
15、.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=0.019 B=0.26422 故摩尔消光系数 KHMR520 =26422L/molcmA-430:Y = A + B * XA = -0.005 B = 0.02381 故摩尔消光系数 KHMR430 =2381L/molcmB-520:Y = A + B * XA = -0.007 B = 0.01412 故摩尔消光系数 KMR-520 =1412L/molcmB-430:Y = A + B * XA = -0.006 B = 0.11293 故摩尔消光系数 KMR-430 =11293L/molcm
