甲基红酸解离平衡常数的测定

实验十三 甲基红酸解离平衡常数的测定（分光光度法）

一、实验目的

1、掌握用分光光度法测酸解离常数的方法。

2、学会使用2100型分光光度计和利用酸度计测pH 值的方法。

二、实验原理

酸式甲基红：HMR 和碱式甲基红：MR — 有下列平衡存在：

HMR （红） ﹦ H + + MR —（黄）

其解离平衡常数可表示为：[][]

[]

HMR MR H K -

+= ；两边取负对数得：

[][]

HMR MR pH pK -

-=lg

-------①

只要测出溶液的pH 和浓度比〔RM —〕/〔HMR 〕即可。平衡体系的pH 值可由酸度计直接测出来，而RM —与HMR 在可见区内均有一个强的吸收峰故 〔RM —〕/〔HMR 〕则可通过分光光度法来求的。

物质对光的吸收情况我们要明确下列三点： ①物质对光的吸收符合吸收定律（朗伯—比尔定律）其定义： 0

I I T =。 T 为透光度（率）两边取负对数：

)(lg 1

lg

lg 0吸光度A I

I T T ===-。c l a A =称之吸收定律。式中l 为溶液的光径长度即比色皿厚度（cm ），C 为溶液的浓度（mol/L ），a 为摩尔吸光系数，a 是与入射光波长0λ、物质种类、温度有关的常数即：0()a f T λ=、物质种类、。则)(0c l T f A 、、、物质种类、λ=。②物质对光的吸收是有选择性的。物质对不同波长的光的吸收能力不同（A 不同），物质对

某一波长的光的吸收能力强（A 较大）对另一波长的光的吸收能力弱（A 较小），以0λ→A 作图得到的曲线称吸收曲线（光谱），该曲线上A max 对应的0λ称最大吸收波长m ax λ要测溶液的A 在m ax λ处最灵敏，准确度最高。③A 具有加和性。某一溶液中含有i 种物质则溶液的∑=

i

A

A 。

根据c l a A = 要测C HMR 需在)(max A HMR λλ⋅下测HMR 的A ；

要测C MR — 需在)(max B MR λλ⋅-下测MR —的A 。

在甲基红的平衡体系中HMR 和 MR —均存在，分别在λA 和λB 两个波长下测溶液的吸光度A 则有：

在A λ下： [][]

l MR a l HMR a A MR A HMR A A ⋅⋅+⋅⋅=-⋅⋅- -------② 在B λ下： [][]l MR a l HMR a A MR B HMR B B ⋅⋅+⋅⋅=-

⋅⋅-

-------②

式中：A A 和A B 可直接由分光光度计读出，l 是比色皿的厚度是已知量，只要求的四个摩尔吸光系数HMR A a ⋅、-⋅MR A a 、HMR B a ⋅、-⋅MR B a 便可求得〔RM —〕/〔HMR 〕。a 的求法：以HMR A a ⋅为例，由吸收定律c l a A =，当波长0λ、物质种类、温度以及比色皿厚度确定后l a 是一常数，c A ∝，可配一系列已知浓度的HMR 溶液在A λ下测溶液的A ，以c A →作图得一直线，其斜率为l a 而cm l 1=时斜率=a 。同理可求得-⋅MR A a 、HMR B a ⋅、-⋅MR B a 。

三、仪器与药品

1．2100型分光光度计（附比色皿） 1台

2．pHSJ-3A 型实验室pH 计（附电极架） 1台 3．pH 复合电极 1支

4．100mL 容量瓶（A 、B 液各1个，1—4号各1） 6个 5．洗耳球 1个 6．移液管10mL （公用） 4支 7．移液管25mL （公用） 2支 8．100mL 烧杯（1—4号） 4个 9．镜头纸

10．甲基红储备液（0.5g 甲基红溶于300mL95%乙醇中，用蒸馏水稀释到500mL ） 11．标准甲基红溶液（10mL 甲基红储备液加50mL 95%乙醇用蒸馏水稀释到100mL ） 12．pH=6.84的缓冲溶液 0.02mol·L -1 HAc 0.1mol·L -1HCl 0.01 mol·L -1HCl 0.01mol·L -1 NaAc 0.04mol·L -1NaAc

四、实验步骤．

1．测定酸式、碱式甲基红HMR 和MR —的最大吸收波长A λ和B λ

①．配溶液A ：取10mL 标准甲基红溶液，加10mL 0.1mol·L -1HCl ，稀释至100mL 。此溶液的pH 值大约为2，甲基红完全以酸式形式HMR 存在。

②．配溶液B ：取10mL 标准甲基红溶液，加25mL 0.04mol·L -1NaAc ，稀释至100mL 。此溶液的pH 值大约为8，甲基红完全以碱式形式MR —存在。

③．取部分A 液和B 液分别放在2个1cm 的比色皿中，在400—550nm 间测定相对水的吸光度A （参考2100分光光度计的使用），绘制HMR 和MR —的吸收曲线，并确定HMR 和MR —的最大吸收波长A λ和B λ（参照表一）。

④．注意事项：波长每10nm 改变一次； A 、B 两液同时测定。

2．在A λ和B λ下测定四个摩尔吸光系数HMR A a ⋅、-⋅MR A a 、HMR B a ⋅、-⋅MR B a ①．取A 液（HMR ）参照表二用0. 01 mol·L -1HCl 稀释，可得HMR A a ⋅、HMR B a ⋅

②．取B 液（MR —）参照表三用0.01 mol·L -1 NaAc 稀释，可得-⋅MR A a 、-⋅MR B a

3

①．在四个100mL 的容量瓶中各加入10mL 标准甲基红溶液、25mL 0.04 mol·L -1 NaAc 依次分别加入0.02mol·L -1 HAc 溶液50mL 、25 mL 、 10 mL 、 5 mL 并稀释到刻度。 ②．在λA 下分别测四种溶液的A A ；在λB 下分别测四种溶液的A B ；测四种溶液的pH 值。 五、2100型分光光度计的使用

1．接通电源，至仪器自检完毕，显示器显示“100.0和546nm ”即可进行测试。 2．用“MODE ”键设置测试方式：T （透光率）；A （吸光度）；

3．设置所需波长。改变波长时，显示器上出现“BLA ”字样（提醒我们必须重新调整【0A/100%T 】键）。

4．分别将参比样品和被测样品倒入比色皿中并放入比色皿槽中。

5．将参比样品放入光路中，按【0A/100%T 】键，调节【0A/100%T 】，此时，显示器显示“BLA- -”，直至显示“100”或“0.000”为止。

6．将被测样品放入光路中，显示器上得到的值便是透光率或吸光度。

六、数据记录与处理

①．根据表二、表三的数据用作图法求的四个摩尔吸光系数；

②．根据方程②求出每一种溶液的

[][]

HMR MR

-

与[][]

HMR MR -

lg

③．代入方程①中求得pK

3.甲基红文献值：直线的相关系数γ=0.995 pK=5.5±0.5