甲基红离解平衡常数的测定.doc

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(1)A为吸光度，1/1为透光率T,k为摩尔吸光系数（与溶液的性质有关），/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（入）下测定不同浓度c的吸光度，就可作出线性的A〜c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：八扬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。

②两种被测定组分的吸收曲线相重合，且遵守Lambeit-Beer定律，则可在两波长九及入2时(九、入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),对于单组分A：“=对于单组分B：-KKBJ(2)设爪犁*分别代表在入及人2时混合溶液的总吸光度，则=朋+企=K£G+K?CB(3A^B=朋+朋=K^CA+K0©此处Aaxi、Aax2、Abxi、Ab)2分别代表在Xi及入2时组分A和B的吸光度Kg—Kg(5)(6)由(3)式可得：将(5)式代入⑷式得: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汕、入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A〜c为直线，直线的斜率为K值朋严"严是混合溶液在小九2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②中所述情况其他情况要比①②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：N(CH3)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:(CH?)2—N酸(HMR)-红o詞代(CH3)2N-hQ>-N—N破(MRJ-黄简单地写成:HMR—H十十MIT甲基红的酸形式甲基红的碱形式在波长520mn处，甲基红酸式HMR对光有最大吸收，碱式吸收较小；在波长43011111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430忆皿叫30・A总520%皿叫30)/(A^520^^^430-A总430叱MRpo)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CHsCOOH-CHsCOONa缓冲体系中就很容易使颜色在pH=4〜6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令JgK=pK,则由(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pK3•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:光源单色器检测器信号捋示系统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1.18）o689图］.181一聚光镜2—滤色片722N型可见分光光度计光学原理3—餌卤素灯4一进狭缝5—反射镜6-准直塗；7—光栅8—岀狭缝9—聚光窥10—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，(HANNAmsti-ument)pH211MicioprocessorpHmeter,容量瓶1OOmlll个，烧杯50ml3个,,移液管10ml2支，25ml2支，量筒50mll个2、试剂甲基红(A.R.),95%酒精，O.lmol.L1HAc,O.Olmol.L^HCl,O.lmoLL^HCl,O.Olmol.L^NaAc,0・04mol.L」NaAc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lg甲基红固体溶解于500111195%酒精中甲基红储备溶液已配好，此步驟略去。

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50ml95%酒精溶液，用蒸f留水稀释至刻度，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10.000.1mol.l/HCl,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lO.OOnil甲基红标准溶液，加25.000.04mol.L^NaAc,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比色吧，分别装入蒸f留水和A溶液，以蒸f留水步参比，从420〜600nm波长之间每隔20imi测一次吸光度在500〜540之间每隔lOmn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lcm比色琴，分别装入蒸f留水和B溶液，以蒸f留水步参比，从410~530nm波长之间每隔20imi测一次吸光度在410〜450之间每隔lOmn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餾水处调整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.L4HCl/11110#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520imi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溶液/mlO.lmoLL^HCl/nil0.04mol.L4NaAc/ml7#10.005.0025.008#10.0010.0025.009#10.0025.0025.0010#10.0050.0025.00配制完后分别测得4种溶液在5201U11及430nm处的吸光度A5、6步骤中在测量溶液的吸光度时，一个比色皿要使用多次，在更换溶液时要淸洗干净，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）X/mil吸光度AX/nm吸光度A4200.0614100.3984400.1384200.4114600.2964300.4154800.5514400.4125000.8354500.3995100.9474700.3265201.0084900.1925301.0005100.0785400.9635300.0355600.753--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3、0<#、1#〜6存溶液在波长520nm、430nm下分别测定吸光度，以蒸f留水为参比溶液，数据记录在下表：溶液编号A总520A总4300#0.9920.0841#0.7660.0612#0.5100.0383#0.2600.0180，#0.0500.4214#0.0260.2955#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号容液在波长5201UHx43011111下分别测其吸光度，以蒸f留水为参比溶液，数据记录如下：溶液编号A总A520A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:溶液编号T10#PH4.674.333.893.58六、数据处理1・用五、1中的数据作出A溶液和E溶液的A〜入图(1)纯酸式甲基红HMR(A溶液)A4图如下，由图中读出其最大吸收波长为52011111(2)纯碱式甲基红MR-(B溶液)A〜九图如下，由图中读出其最大吸收波长为4301U112•求A溶液和B溶液的摩尔消光系数(1)各溶液浓度计算A#音花百溶液编号0=r2=3=0's4=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五、2中数据在ongm中作图如下: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,hk1R520=26422L/molcmA-430:Y =A+B*XA=-0.005B=0.02381故摩尔消光系数K,HN%o=2381L/mol-cm。