吸光光度法测定甲基红平衡常数实验

实验2 甲基红平衡常数的测定
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） 掌握可见光分光光度计的原理和使用方法。

（3） 掌握PH 计的原理和使用、 二、 实验原理：
1.根据朗伯比尔定律，溶液对于单色光的吸收，遵守下列关系
在分光光度分析中，将每一种单色光，依次地通过某一溶液，测定溶液对每一种光波的吸光度，以吸光度义对波长A 作图，就可以得到该物质的吸收光谱曲线。

2.溶液中各组分含量的测定
本实验是用分光光度法测定弱电解质(甲基红)的电离常数。

由于甲基红本身带颜色，而且在有机溶剂中电离度很小，所以用一般的化学分析方法或其他物理化学方法进行测定都有困难。

但用分光光度法可不必将其分离，且能同时测定两组分的浓度。

甲基红在溶液中存在离解平衡：
N H 3H 3C
N H
-
O 2C
N H 3C
H 3C
N N
-O
2C
+H +
酸式（红色） 碱式（黄色） 上式可以简写为：
HMR(酸式
) MR -(碱式)+H 酸性溶液中，甲基红基本上以HMR 存在，在碱性中基本上以MR +
-存在。

可在不同波长下测定HMR 和MR -的吸光度，作出二者的吸收曲线。

在波长520nm 处，HMR 对光有最大吸收，碱式吸收较小；在430nm 处MR -波长520nm,430nm 时，甲基红溶液的吸光度为：
对光有最大吸收，HMR 吸收较小。

一定波长下，甲基红溶液的吸光度等于酸式和碱式两者的吸光度之和。

式①②表示混合物在波长λ520及λ430测定的吸光度，是两种物质吸光度的简单加和。

根据朗伯比尔定律，上两式可改写为：
3.甲基红酸式指示剂pK值的测定
4.pH计：PH计由三个部件电路中测量出微小的电位差。

个参比电池能维持
一个恒定的点位，作为偏离电位的对照。

玻璃电极建立一个对所测溶液的氢离子浓度发生变化的电位差。

把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中，就组成一个原电池，其点位岁待测溶液pH而变化。

电流计将原电池的点位放大若干倍，通过电表显示出来，测得相应的pH值构成。

三、仪器和试剂：
1.仪器：722型分光光度计，pH211酸度计，容量瓶100Ml(7个)，烧杯50mL(6
个)，酸式滴定管50mL(1个), 25mL( 2个)，10mL(1个)，碱式滴定管
25mL(2支)，移液管10mL(2支)，移液管25mL(2支)，量筒50mL(1个)。

2.试剂:甲基红（A.R.），95%酒精，0.1M HAc,0.1M HCl, 0.01M HCl,0.01M NaAc
0.04M NaAc.
四、实验装置图：
四
722型分光光度计技术参数：
* 波长范围:330-1000nm * 波长准确度:±2nm * 波长重复性:1nm
* 光谱带宽:4nm * 透色比准确度:±0.5%T * 透色比重复性:0.2%T * 透色比范围:0-125%T * 吸光度范围:-0.031-2.5A * 稳定性:≤0.5%T/min pH211:
● 测量范围0.00 to 14.00pH 精度±0.01pH,±0.2mV,±0.5℃ ● 校准方式:自动一点或两点校准（pH4.01、6.86等） ● 温度补偿：0-100℃自动温度补偿，环境温度0-50℃ ● 配套电极：HI1131G 玻璃电极、HI1200B 塑胶电极 五、实验步骤 1．溶液制备
(1)配好的甲基红储备液：lg 甲基红加300mL 95％酒精，蒸馏水稀释到500mL 。

(2)标准溶液：取10mL 储备液加50mL 95％酒精，用蒸馏水稀释到100mL 。

(3)溶液A ：10mL 标准溶液加10.00mL O.1M HCl ，用蒸馏水稀释至100mL 。

(4)溶液B:10mL 标准溶液加25.00mL O ．04M NaAc ，用蒸馏水稀释至l00mL 。

溶液A 的pH 约为2，甲基红以酸式HMR 存在。

溶液B 的pH 约为8，甲基红碱式MR -（5）按下表配制不同浓度以HMR 为主的甲基红溶液和以MR 存在。

- 为主的甲基红溶液
(6)
2．测定吸收光谱曲线，求出最大吸收峰的波长。

(1)取的两个1cm 比色皿，分别装入蒸馏水和A 溶液，以蒸馏水为参比，从420-600nm 波长之间每个20nm 测一次吸光度，在500-540nm 间每隔10nm 测一次吸光度。

具体操作方法为：打开样品室盖，调节透射比调零旋钮(O ％T)，把参比溶液和样品入比色皿座，合上样品室盖，拉动换位杆，将参比溶液移放光路，仪器置于T 下，使调节100%按钮使读数为1.000，然后将样品溶液移入光路，仪器置于A （吸光度）下直接读取表上显示的读数。

(2)测B 溶液的吸收曲线。

将比色皿中的A 溶液倒掉，清洗后用B 溶液润洗，装入适量B 溶液，用纸擦干表面液滴。

按照相同的方法，测定B 溶液的吸光度。

波长范围为410-530nm,在410-450之间每隔10nm 测一次吸光度。

得到最大吸光度处波长。

3.将0#，、0，#、1#-6#，7#-10#测量完毕后，取出吸收池清洗后放入盒中。

盖上样品室盖，关闭电源。

溶液在波长520nm,430nm 下分别测其吸光度，均以蒸馏水为参比溶液。

记录各组吸光度值。

注意每测完一组都需要用下一组溶液润洗滴管和吸收池。

更换测量波长时，需要校正透射率100%。

4.用pH 计测7#-10#用蒸馏水清洗pH 计的玻璃电极和温度计探针，擦干。

分别用pH=4.0(25℃)的邻苯二甲酸氢钾，pH=6.86(25℃)的混合磷酸盐缓冲溶液进行校正。

校正后，依次测量上述溶液的pH 值。

由于H 甲基红溶液的pH 。

+六、实验原始数据记录及处理
达到平衡需要一段时间，故需等示数稳定后读数。

大约每10min 后读数。

每次更换溶液时都需要用蒸馏水清洗电极和温度计探针。

测量完毕后，关闭pH 计，注意要将玻璃电极套在装有蒸馏水中瓶中（不能露置在空气中）
数据处理：
①由表1，表2得到A,B 溶液的吸收曲线。

如图1所示：
从图中可以看出，溶液A[以HMR 为主]的最大吸收峰处λ=520nm ，溶液B[以MR -为主] 最大吸收峰处λ=430nm 。

在520nm 处，MR -吸光度很小；在430nm 处，HMR 吸光度很小。

可以认为在此波长下，溶液仅以单一组分存在。

②根据表3数据，分别作以酸性为主，碱性为主溶液浓度对A
520, A
430+
进行线性拟合，得到如下图形及数据：
曲线
-
4.92
实验结果讨论：
1.甲基红的理解平衡常数一般在105.0左右，随温度的波动比较大，且与甲基红浓度也有一定关系。

由实验结果可看出，测得的实验值在正常范围内，但难以确定具体的实验误差，各组实验的pK值也有较大差异。

可能导致实验值与标准值的偏离因素有：
②溶液的配制。

由于需配制较多溶液，由多人分工完成，这样会增加实验的误差。

比如不同人标定容量瓶、移液管取液体时读数习惯不同，不同的滴管用后可能
未洗净等因素均影响实验结果的准确度。

采用一人单独配制所有溶液的方法，可以减少误差（当然，势必延长实验时间）。

实验所用的移液管、滴管等均应一一对应，不要混用，在取液体时需要多次润洗。

③对朗伯-比尔定律的偏离。

主要在于仪器和溶液两方面
a.仪器：严格来讲，该定律只适用于单色光，但由于狭缝宽度、电源电压等因素，严格的单色光是无法达到的。

由实验装置部分给出的仪器参数（如稳定性≤0.5%T/min 等）可看出，仪器本身是误差来源之一。

b.溶液。

只在很稀的溶液中，A-c 才有很好的线性关系。

实验所用的标准液浓度仅10-5④在步骤1（5）中，没有对混合液稀释到容量瓶刻度线，认为总体积为A 溶液与HCl 体积之和，每份溶液的体积均为20mL ，并根据此体积来算出A 中甲基红的浓度。

显然，混合后溶液体积会发生不同程度的改变，不是20mL 。

且溶液体积较小，误差较大。

若将每份溶液均稀释到100mL,可以减少误差。

M 数量级，该部分误差较小
⑤在测量摩尔消光系数时，酸性甲基红中只考虑HMR 的存在，碱性甲基红中只考虑MR -严格来讲，参比液应该为仅不含有甲基红的液体。

实验中为方便起见用蒸馏水做为参比液，准确情况应该还要加入与测量液同比率的其它物质（如乙醇，盐酸等）
的存在，会存在一定误差。

增大酸性溶液的酸度，碱性溶液的碱度即可减小该误差。

2.由HMR,MR -nm 。

后续实验之所以采用这两个波长为测量值，是因为它们分别在该波长处有较大吸收，测得的摩尔消光系数较大，增加了灵敏度。

同时，酸性甲基红λ的吸收曲线可以看出，二者均存在一个最大吸收峰，为520nm,430 max 相对于碱性的发生红移。

由酸式、碱式结构式变化可以看出，酸式HMR 由于N 的质子化，使得共轭链延长，于是酸式的λmax
3.每改变一次测量波长，都需要重新进行T100%校准。

这是为了使仪器适应新的波长值。

当波长改变之较大的时，需要等一段时间，才能仪器才能调整到所需状态，光电管等都有一定的响应时间。

使用过程中，为避免光电管因受连 续光照射而疲劳，只有在测量时才将比色皿暗箱放下。

更大。

4.在测量溶液的pH ，需要等待较长时间后读数，这是为了是玻璃电极内外H +
5.分光光度法的应用不限于可见光区，可以扩大到紫外和红外区，因此对于一系列没有颜色的物质也可以应用。

同时，还可以在同一样品中，对两种以上的物质（不需预先分离）进行测量。

由于吸收光谱实际上决定于物质内部结构和相互作用，一次该法还有助于了解溶液中分子结构及溶液中发生的各种相互作用（如离解、络合、氢键等性质）
浓度达到平衡，这个过程比较缓慢。

但是对于缓冲溶液，该过程进行得较快，故缓冲液进行pH 校正时时间较短。

[]
p []
MR HMR −K=pH-lg。