分光光度法测定甲基红电离常数 页码，1/4 分光光度法测定甲基红电离常数 一，实验目的 1。熟悉和正确使用分光光府计 2. 熟悉和正确使用pH计测定溶液的pH值。 二.实验原理 甲基红是一种有机弱酸，结构式为 T9 可简写为HMR。它微溶于水，在水溶液中电离，电离平衡表示为 HMR-H++M R- K。=er'cz 电离平衡常数为： 或取对数，写成： pK.-pH-Ig ug CHMR 我们称HMR为酸式甲基红，MR~为碱式甲基红。因溶液很稀，可将浓度看成活度，故pK。= pK.. 测定电离常数的依据是甲基红在不同酸度的 介质中有不同的显色效应。甲基红本身就是一 .1 种酸碱指示剂，变色范围自pH6.2(黄)至pH4.4 1.0 (红)。配制酸度各不相同的几种甲基红稀水 溶液，其pH值在4与6之间，可采用HAc一NaA a.9 0.8 缓冲溶液，HAc或NaAc的用最不同，pH值也就 0.7 不同。用分光光度计测定溶液的吸光度进而计 下0.6 0.5 0.1 算CR，用pH计测定溶液的pH值，算得 0 0.2 pK。溶液浓度不同，但测得的pK。应当是相 同的。从电离平衡式可知，当增加酸度时，第 07004040400005005沉 /nm 一项pH值是减小的：由于平衡位置向左移动， 一轻甲( C假- CuR Cm减小，lgCR也减小，二项之差应是恒 定。反之亦然。 酸式甲基红HMR和碱式甲基红MR在可见光谱范围内都有强吸收峰，如图一所示，分别在 file://E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22
分光光度法测定甲基红电离常数 一．实验目的 1．熟悉和正确使用分光光度计； 2．熟悉和正确使用pH计测定溶液的pH值。 二．实验原理 甲基红是一种有机弱酸，结构式为 ， 可简写为HMR。它微溶于水，在水溶液中电离，电离平衡表示为： HMR H++M 电离平衡常数为： 或取对数，写成： 我们称HMR为酸式甲基红，M 为碱式甲基红。因溶液很稀，可将浓度看成活度，故 ＝ 。 测定电离常数的依据是甲基红在不同酸度的 介质中有不同的显色效应。甲基红本身就是一 种酸碱指示剂，变色范围自pH6.2（黄）至pH4.4 （红）。配制酸度各不相同的几种甲基红稀水 溶液，其pH值在4与6之间，可采用HAc－NaAc 缓冲溶液，HAc或NaAc的用量不同，pH值也就 不同。用分光光度计测定溶液的吸光度进而计 算 ，用 pH 计测定溶液的 pH 值，算 得 。溶液浓度不同，但测得的 应当是相 同的。从电离平衡式可知，当增加酸度时，第 一项pH值是减小的；由于平衡位置向左移动， 减小，lg 也减小，二项之差应是恒 定。反之亦然。 酸式甲基红HMR和碱式甲基红M 在可见光谱范围内都有强吸收峰，如图一所示，分别在 COOH N N NH CH3 CH3 − R HMR H C c c c K MR • − + = HMR MR c c c pK pH − = − lg − R pKc pKa HMR MR c c − pKc pKc HMR MR c c − HMR MR c c − − R λ1 分光光度法测定甲基红电离常数 页码，1/4 file://E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22
分光光度法测定甲基红电离常数 页码，2/4 =520nm与入2=430nm处出峰。此处测得的吸光度对该物质十分灵敏，其他物质的干扰吸收则 很小。 根据朗白一比耳(Lambert--Beer)定律，溶液对某单色光的吸光度A、溶液浓度c、吸收池厚度b 等服从如下关系 A=lg /=kcb=Kc 式中，与分别为该波长单色光的入射强度与透射强度，1，称为透光度，以T表示。当吸收池厚度 b一定时吸光度与溶液浓度成正比。K称为吸光系数，它与光波波长、吸光物质有关。吸光度有加和 性，当溶液中含有多种组分时，总吸光度等于各组分吸光度之和。现溶液中HMR和MR~的浓度分 别为CHR和Csm,A,和A2为在波长和入2下测得的总吸光度，则 A=K1MMIRCIR +KAC A2=K,nnCR+K2rCR CA A.K.IR-AK 解联立方程得： Cma AK:r A K u 解出CR并测得pH值，可得pK。· 吸光系数K的确定。因K与吸光物质和光的波长有关，故确定吸光系数应固定波长（通常选择出 现吸收峰时的波长)和采用纯净的被测物质。例如测HMR的吸光系数，溶液的酸度应为pH=2,此 时几乎全是HMR:而pH=8时溶液中几平全是MR。具体测定方法是配制不同浓度的被测物质溶 液，在确定的波长下测吸光度，作吸光度一浓度曲线，所得直线斜率即为吸光系数。 因pK。随温度变化很小，故本实验可在室温下进行 三.仪器与试剂 722型分光光度计(1台)：pHS-3C酸度计(1台)：100ml容最瓶(7支)；50ml烧杯(6支)： 10ml移液管(4支)：50ml量筒(4台)：甲基红溶液（公用）。 (1)贮备溶液一1g甲基红品体溶于300ml95%乙醇中，过滤，用纯水稀释至500ml. (2)标准溶液 一取4ml贮备溶液加50ml95%乙醇，用纯水稀释至100ml。 NaAc溶液0.04molL(公用)：NaAc溶液0.01molL(公用)：HAc溶液0.02molL(公用)： HC1溶液0.01moL(公用)：HCI溶液0.1 mol/L(公用)。 以上溶液都不必准确配制，取液可用量筒。 四.实验步骤 1.722型分光光度计的调节和使用 fi】 //E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22
＝520nm与 430nm处出峰。此处测得的吸光度对该物质十分灵敏，其他物质的干扰吸收则 很小。 根据朗白－比耳（Lambert-Beer）定律，溶液对某单色光的吸光度A、溶液浓度c、吸收池厚度b 等服从如下关系： A=lg =kcb=Kc 式中，I 0与I分别为该波长单色光的入射强度与透射强度， 称为透光度，以T表示。当吸收池厚度 b一定时吸光度与溶液浓度成正比。K称为吸光系数，它与光波波长、吸光物质有关。吸光度有加和 性，当溶液中含有多种组分时，总吸光度等于各组分吸光度之和。现溶液中HMR和M 的浓度分 别为 和 ，A1和A2为在波长 和 下测得的总吸光度，则 A1＝ A2＝ 解联立方程得: 解出 并测得pH值，可得 。 吸光系数K的确定。因K与吸光物质和光的波长有关，故确定吸光系数应固定波长（通常选择出 现吸收峰时的波长）和采用纯净的被测物质。例如测HMR的吸光系数，溶液的酸度应为pH=2，此 时几乎全是HMR；而pH=8时溶液中几乎全是M 。具体测定方法是配制不同浓度的被测物质溶 液，在确定的波长下测吸光度，作吸光度－浓度曲线，所得直线斜率即为吸光系数。 因 随温度变化很小，故本实验可在室温下进行。 三．仪器与试剂 722型分光光度计（1台）；pHS-3C酸度计（1台）；100ml容量瓶（7支）；50ml烧杯（6支）； 10ml移液管（4支）；50ml量筒（4台）；甲基红溶液（公用）。 （1）贮备溶液——1g甲基红晶体溶于300ml95％乙醇中，过滤，用纯水稀释至500ml。 （2）标准溶液——取4ml贮备溶液加50ml95％乙醇，用纯水稀释至100ml。 NaAc溶液0.04mol/L（公用）；NaAc溶液0.01mol/L（公用）；HAc溶液0.02mol/L（公用）； HCl溶液0.01mol/L（公用）；HCl溶液0.1mol/L（公用）。 以上溶液都不必准确配制，取液可用量筒。 四．实验步骤 1．722型分光光度计的调节和使用 λ2 = I I 0 0 I I − R HMR c − MR c λ1 λ2 + − − HMR HMR MR MR K c K c 1, 1, + − − HMR HMR MR MR K c K c 2, 2, − − − − − = MR MR HMR HMR HMR MR A K A K A K A K c c 1 2, 2 1, 2 1, 1 2, HMR MR c c − pKc − R pKc 分光光度法测定甲基红电离常数 页码，2/4 file://E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22
分光光度法测定甲基红电离常数 页码，3/4 2.吸光系数KHR、KR、K2R、K2.R的测定 (1)用移液管准确吸取10ml甲基红标准溶液移入100ml容量瓶中，加入10ml0.1mol/LHC1溶 液，用水稀释至刻度。此溶液pH值约为2，甲基红绝大部分以HMR存在，称为A液，颜色为深红： (2)用移液管准确吸取10ml甲基红标准溶液移入100ml容量瓶中 加入25ml0.04 mol/LNaAc溶 液，用水稀释至刻度。此溶液H值约为8，甲基红绝大部分以MR存在，称为B液，颜色为黄色； 31 (3)用0.01 mol/LHCI溶液和0.01 mol/LnaAc溶液分别准确稀释A液和B液至原刻度的4、2、和 4。如此配制6份待测液。设A液、B液的浓度为c,(二者相等)，则稀释后的浓度c分别为4co 1 1 2c04c0 (4)以纯水为空白，以21=520nm、2=430nm单色光分别测定以上6份待测液的吸光度A. 作吸光度A对溶液浓度©的曲线，包括原点(c=O,A=O)和A、B原液的数据。曲线为直线，从直 c 线斜率可求吸光系数K。由于A、B原液的浓度c,的确切值并不知道，故横坐标采用相对浓度C, CMR- 求得的吸光系数K中包含有的因子，在计算CR时，c,被消去，所以对计算结果没有影响。 3.配制四种不同酸度的甲基红溶液并测吸光度。各取10ml甲基红标准溶液和25ml0.04mol1 NaA溶液，随后分别加入50、2 、10、5ml0.02 mol/LHAc溶液，加纯水稀释至约100ml。配制待测 液样品时所用各种试剂的量不必很准，但配好后浓度不能再作变动。 测定上述4种溶液通过1、32单色光的吸光度。 4.用酸度计测定上述4种溶液的pH值。 五.数据处理 1.A、B液不同浓度下吸光度数据记录表 co A液 吸光度 B液 2 作吸光度对浓度A-C图，求直线斜率和各个吸光系数KHR、KR、KmR、K2,,并 计算出CR。 2.不同酸度甲基红溶液吸光度和pH值测定结果及计算 样品号 2 3 4 file://E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22
2．吸光系数 、 、 、 的测定 （1）用移液管准确吸取10ml甲基红标准溶液移入100ml容量瓶中，加入10ml0.1mol/LHCl溶 液，用水稀释至刻度。此溶液pH值约为2，甲基红绝大部分以HMR存在，称为A液，颜色为深红； （2）用移液管准确吸取10ml甲基红标准溶液移入100ml容量瓶中，加入25ml0.04mol/LNaAc溶 液，用水稀释至刻度。此溶液pH值约为8，甲基红绝大部分以MR- 存在，称为B液，颜色为黄色； （3）用0.01mol/LHCl溶液和0.01mol/LnaAc溶液分别准确稀释A液和B液至原刻度的 、 、和 。如此配制6份待测液。设A液、B液的浓度为c0（二者相等），则稀释后的浓度c分别为 c0、 c0、 c0。 （4）以纯水为空白，以λ1＝520nm、λ2＝430nm单色光分别测定以上6份待测液的吸光度A。 作吸光度A对溶液浓度c的曲线，包括原点（c＝0，A＝0）和A、B原液的数据。曲线为直线，从直 线斜率可求吸光系数K。由于A、B原液的浓度c0的确切值并不知道，故横坐标采用相对浓度 ， 求得的吸光系数K中包含有 c0 的因子，在计算 时，c0被消去，所以对计算结果没有影响。 3．配制四种不同酸度的甲基红溶液并测吸光度。各取10ml甲基红标准溶液和25ml0.04mol/L NaAc溶液，随后分别加入50、25、10、5ml0.02mol/LHAc溶液，加纯水稀释至约100ml。配制待测 液样品时所用各种试剂的量不必很准，但配好后浓度不能再作变动。 测定上述4种溶液通过λ1、λ2单色光的吸光度。 4．用酸度计测定上述4种溶液的pH值。 五．数据处理 1．A、B液不同浓度下吸光度数据记录表 作吸光度对浓度A-c图，求直线斜率和各个吸光系数 、 、 、 ，并 计算出 。 2．不同酸度甲基红溶液吸光度和pH值测定结果及计算 K1,HMR − MR K1, K2,HMR − MR K2, 4 3 2 1 4 1 4 3 2 1 4 1 0 c c HMR MR c c − c0 4 3 c0 2 1 c0 4 1 吸光度A A液 λ1 λ2 B液 λ1 λ2 K1,HMR − MR K1, K2,HMR − MR K2, HMR MR c c − 样品号 1 2 3 4 分光光度法测定甲基红电离常数 页码，3/4 file://E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22
分光光度法测定甲基红电离常数 页码，4/4 g pH 3.25℃时K的文献值为4.95，求各测定值的相对误差。 六.思考题 1.制备溶液时，所用HC、Ac、NaAc溶液各起什么作用？ 2用分光光度法进行测定时，为什么要用空白溶液校正零点？理论上应该用什么溶液作为空白 溶液 参考文献： [1]陈国珍编著，分光光度法，科学出版社(1961)。 [2]F.Daniels,R.A.Albert,J.W.Williams,C.D.Comnwell,P.Bender,J.E.Harriman, Experimental Physical Chemistry.hed McGraw-Hill,Inc..New York(1962). file://E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22
3．25℃时pKc 的文献值为4.95，求各测定值的相对误差。 六．思考题 1.制备溶液时，所用HCl、HAc、NaAc溶液各起什么作用？ 2.用分光光度法进行测定时，为什么要用空白溶液校正零点？理论上应该用什么溶液作为空白 溶液？ 参考文献： ［1］陈国珍编著，分光光度法，科学出版社（1961）。 ［2］F. Daniels, R. A. Albert, J. W. Williams, C. D. Cornwell, P. Bender, J. E. Harriman, Experimental Physical Chemistry, 6th ed., McGraw-Hill, Inc., New York(1962). A1 A2 lg HMR c MR c − pH pKc 分光光度法测定甲基红电离常数 页码，4/4 file://E:\whsy\whsy09.htm 2008-4-22