分光光度法测定溴酚蓝的电离平衡常数

实验主要仪器介绍： 本实验使用的主要仪器有南大万和的 HK-2A 超级恒温水浴， 北京普析通用仪 器有限责任公司的 TU-1901 紫外可见光光度计以及 inolab740 酸。 1.HK-2A 超级恒温水浴
仪器由循环水系统、加热器、搅拌器、智能控温等组成，功率 1200W，控温 范围为 3℃-100℃，测温和目标温度双显示，全数字化目标温度设定。控温精度 ±0.05℃（低扰动环境±0.02℃） ； 、分辨率:0.01℃、泵流量≥6 升/分。 2.TU-1901 紫外可见光光度计
波长范围： 190nm～900nm 波长准确度：±0.3nm(开机自动校准) 波长重复性：0.1nm 光谱带宽： 0.1nm、0.2nm、0.5nm、1.0nm、2.0nm、5.0nm 杂散光： ≤0.01%T(220nm , NaI ； 340nm,NaNo2) 光度方式： 透过率、吸光度、反射率、能量 光度范围： -4.0～4.0Abs
1.0
B
0.5
0.0
-0.5
-1.0 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6
来自百度文库
A
最后一组数据偏离较大，故舍去后再作图得 PKa=4.21602 此时，Ka=10^（-4.21602）=6.081*10^（-5） 绝对误差：Δ Ka=（6.081-7.943）*10^（-5）=-1.862*10^（-5） 相对误差：ε Ka=1.862/7.943*100%=23.44%,误差尚可。
X D D1 D2 D
代入得： lg
D D1 PH PK a D2 D
在测定 D1、D2 后，再测一系列 PH 下的溶液的光密度，以 lg
D D1 对 PH 作 D2 D
图应为一直线，由其在横轴上的截距可求出 PKa，从而可得该物质的电离平衡常 数。 二．实验部分： 1.实验仪器及试剂： TU-1901 紫外分光光度计 1 台， 超级恒温水浴 1台
但是由线性图像可以看出：
Equation Adj. R-Square y = a + b*x 0.92271 Value B B Intercept Slope -5.04284 1.38262 Standard Error 0.61973 0.16224
2.0
B Linear Fit of B
1.5
分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数
隋学林 （PB10206220） 化学与材料科学学院 高分子化学 230026 安徽 合肥 中国科学技术大学 摘要：本实验利用分光光度法,通过测量不同 pH 条件下溶液的吸光度，从而得 到吸光度和 pH 的关系曲线，然后由线性拟合的结果计算出溴酚蓝（BPB） 溶液的电离平衡常数。 关键词：溴酚蓝 电离常数 分光光度法 一．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 I0 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， 也是定性分析、 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： I D lg 0 K l C I 式中，D－消光（或光密度） ； I/I0－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，如图 6－1 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， 图 6-1 分光光度曲线 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。 以上讨论是对于单组分溶液的情况，如果溶液中含有多种组分，情况就比较 复杂，要进行分别讨论，大致有下列四种情况： 1、混合物中各组分的特征吸收不相重叠，既在波长1 时，甲物质显著吸收而其 他组分的吸收可以忽略；在波长2 时，只有乙物质显著吸收，而其他组分的吸收 微不足道，这样便可在1、2 波长下分别测定甲、乙物质组分。 2、混合物中各组分的吸收带互相重叠，而且他们都遵守贝尔－郎比定律，对几
inolab740 酸度计 1 台， 10mL 移液管 3 支， 25mL 移液管 1 只， 100mL 容量瓶 7 个， -5 -3 5×10 mol·dm 的溴酚蓝溶液， 1 mol·dm-3 的 HCl 溶液 0.2 mol·dm-3NaOH 溶液
50mL 移液管 1支 比色皿 2个 小烧杯 2个 -3 0.1mol·dm 的 HCl 溶液 0.1 mol·dm-3NaOH 溶液 0.1 mol·dm-3 邻苯二甲酸氢钾溶液
Equation y = a + b*x 0.9844 Value B B Intercept Slope -4.21602 1.13878 Standard Error 0.2358 0.06401 Adj. R-Square
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
B Linear Fit of B
[H ][A ] 其平衡常数为： K a [HA]
溶液的颜色是由显色物质 HA 与 A－引起的， 其变色范围 PH 在 3.1～4.6 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。因此，本实验我们 所研究的体系应属于上述讨论的第一种情况。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 1－X，所以 X K [A ] a 1 X X lg P H lg K a 或者写成： 1 X 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。
B
0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4
A
以上两结果表明， 最后一组数据存在明显误差， 第二个结果明显更接近标准数值， 但误差仍然不小。 误差分析： 1.温度维持中存在误差：实验中，维持测量时各量均在 25 摄氏度难度较大，可 能对实验结果带来一定影响。由于当天温度较低，在将容量瓶取出，置于室温下 时，温度降低较快。而 PH 测量、样品扫谱等过程都需要在室温下暴露较长的时 间，不可避免的使实验过程的温度值，低于理论值。
个组分即可在几个适当的波长进行几次吸光度的测量，然后列几个联立方程式， 即可求分别算出几个组分的含量。 3、混合物中各组分的吸收带互相重叠，但不遵守贝尔－郎比定律。 4、混合溶液中含有未知组分的吸收曲线。 第 3、4 种情况比较复杂，这里不作讨论。 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－
2.测量 PH 是的误差： 测量时，溶液暴露在空气时间过长而使溶液浓度发生改变 均会对实验结果引入误差。 3.由于本实验极酸极碱的溶液是由别人提前配制，待本人测量时已产生变化， 使极酸极碱的状态与标准要求不同，引起计算误差。 4.经测， 实验拟合曲线的斜率为 0.92271 和 0.9844， 与理论值 1 有一定的偏差， 可能与系统误差有关，也可能是实验操作中各种误差在拟合曲线上的表现。 5.比色皿表面水渍较难以擦除， 且笔者发现水渍对测定数据的波动有明显影响， 可能对实验结果造成一定误差。 6.一组未测完三次又进行下一组的测量，不得不在测完下一个三组后补充前组 实验，造成一定误差。 结论： 本实验采用分光光度法测定体系的 PH 以及吸光度，进而计算体系的电力平衡 常数。从实验结果来看，在去掉最后一组偏离较大的数据后，所得结果为 Ka=6.081*10^（-5） ，与标准值所差尽管相对误差较大，但仍在可以接受的范围 之内，故可认为此方法基本可以完成对电离常数的测量。 讨论： 本次试验的拟合曲线斜率应该为 1，而本次数据约为 1.38，可以认为此乃实验 的误差所致。 笔者认为极酸极碱应用第一个人配成后的直接测量数据或者每个人 都应配制然后测量， 否则在处理数据是使用的极酸极碱的吸光度就会不准确而引 起误差。 在实验中每组吸光度都要测量三次，笔者两次忘记了要测进行三次测量 的操作，浪费了大量试剂及药品，且造成了误差较大。 体会与认识： 本实验大量的操作时间消耗在配制溶液之上， 通过本实验熟练了配制溶液的操 作，而且进一步熟悉了兰波-比尔定律；通过本实验，基本掌握了此种测定电离 常数的方法以及 TU-1901 紫外分光光度计和 inolab740 酸度计的使用， 了解了酸 度对 BPB 的影响，以及缓冲溶液的使用。
光度准确度： ±0.002Abs(0～0.5Abs)； ±0.004Abs(0.5～1.0Abs)； ±0.3%T(0～ 100%T) 光度重复性：0.001Abs(0～0.5Abs)；0.002Abs(0.5～1.0Abs) 基线平直度：±0.001Abs 基线漂移： 0.0004Abs/h(500nm, 0Abs 预热 2 小时后) 光度噪声： ±0.0004Abs inolab740 酸度计 量程：pH：-2.000…+19.999，-2.00…+19.99pH； 准确度：pH：±0.004/±0.01pH；温度：±0.1K 2.实验步骤： A.打开恒温水浴，开启计算机及 TU-1901 紫外分光光度计 -5 -3 B.取 7 只 100mL 的干净容量瓶，分别加入 20mL 5×10 mol·dm 的 BPB 溶液， 再分别加入 50ml0.1 mol·dm-3 邻苯二甲酸氢钾溶液。加入的 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 BPB 溶液。 溶液号 PH 值 X（ dm-3HCl） 溶液 PH 值 X（ dm-3NaOH） 1 0.1 mol· 1 0.1 mol· 号 1 ～3.2 16.00mL 5 ～4.2 3.00mL 2 ～3.4 10.00mL 6 ～4.4 7.00mL 3 ～3.6 6.00mL 7 ～4.6 11.00mL 4 ～3.8 3.00mL C.不同酸度下，溴酚蓝溶液 pH 值的测定。 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。 使用之前分别用两分标准样进行标定。 D.不同酸度下，溴酚蓝溶液吸光度 D 的测定。 1.第一份样品测定之前， 先用两份蒸馏水确定光谱基线， 再用第一份样 品测定光谱， 确定最大波长。 在最大波长下用两份蒸馏水进行光度校零 后，测定低分样品的透光度，平行测定三份。 2.依次测定 2-7 份样品的光谱及透光度，每次透光度平行测定三次。 3.取两只 100mL 容量瓶，分别加入 20mL5×10-5 mol·dm-3 的 BPB 溶液。 在一支容量瓶中加入 50mL0.2 mol·dm-3 的 NaOH 溶液稀释到刻度，得 BPB 的极碱溶液，在另一支容量瓶中加入 1 mol·dm-3 的 HCl 溶液 10mL， 稀释至刻度，得 BPB 的极酸溶液。 4.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 量结果应表明，极酸时溶液呈黄色，在max 情况下，测得的吸光度为 0。 三．结果与讨论： 由七组数据的波谱图可以看出，最大波长基本在 591nm 与 592nm，期间的波动 可能由于仪器的不稳定性引起，故可推测 PH 对吸收的最大波长基本没有影响。 由七组数据线性拟合图可得其 PKa=5.04284 故 Ka=10^（-5.04284）=9.061*10^（-6） ，而标准 Ka=7.943*10^（-5） 绝对误差：Δ Ka=(0.9061-7.943)*10^(-5)=-7.0369*10^（-5） 相对误差：ε Ka=7.0369/7.943*100%=88.59%,误差极大。