酚酞电离平衡常数测定

一元弱酸电离平衡常数的测定
一、实验目的
1. 掌握分光光度计和pH 计的使用方法。

2. 了解分光光度计和pH 计的基本结构和工作原理。

3. 掌握用分光光度法测量一元弱酸电离平衡常数的原理和操作要点。

二、实验原理
电离平衡常数是弱酸、弱碱的特征常数，是衡量弱酸、弱碱强度的重要参数，电离平衡常数的测定可以采用分光光度法、pH 电位法及电导法等。

如果某有机弱酸的酸式或碱式结构能够吸收特定波长的可见光或紫外光，或者二者的吸收波长具有明显差别（Δλ ≥ 40nm ），即可通过分光光度法测定该弱酸的电离平衡常数。

酚酞是一种弱有机酸，在pH<8.2的溶液中为无色的内酯式结构，当pH>8.2时为红色的醌式结构，若以HR 表示，则在碱性溶液中存在以下的电离平衡：
（红色）（无色）−++=R H HR
如果弱酸的浓度不是很小，则平衡时：
α=α=α−=−+0R 0H 0HR c c c c )1(c c
式中，c 0为酚酞的初始浓度，α为电离度。

恒温下其平衡常数K c 可以表示为：
）（11c K 2
0c α−α=
由于平衡时-pH 0R H 10c c c =α==−+，所以上式可改写为：
）（2101K pH
c −×α−α=
R −为红色，根据朗伯−比尔定律，其浓度与吸光度成正比。

若取一定量的酚酞溶液滴加NaOH 使溶液显色，测得吸光度D ，在相同条件下，加入过量的NaOH ，使酚酞完全电离，测得其 吸光度为D 0。

代入式（2）可得：
）（310D/D 1D/D K pH
00c −×−=
或写成：
）（410D D D K pH
0c −×−=
故若取定量的酚酞溶液在相同的条件下，分别测出吸光度D ，D 0和电离平衡时的pH ，即可求得K c 值。

将式（4）两边取对数，得：
）（5K lg pH D D D lg c 0+−=−
测定酸度不同的定量酚酞系列溶液的D ，D 0和pH ，然后以D D D lg
0−对pH 作图，直线的截矩即为lgK c 。

三、仪器和试剂
1. 仪器：分光光度计1台；数字酸度计1台；100mL 容量瓶6只；
50mL 烧杯6只；1mL ，2mL 移液管各2支。

2. 试剂：0.5%酚酞溶液；1.00 mol·L −1 NaOH 溶液；0.10 mol·L −1 NaOH 溶液；
混酸溶液（由0.4 mol·L −1 HAc 、H 3PO 4和H 3BO 4等量混合而成）。

四、实验步骤
1. 试液的配制
（1）1～5号试液的配制：在1～5号100mL 容量瓶中分别加入1mL 0.5%酚酞溶液和混酸后，加入蒸馏水至容量瓶的2/3，摇匀，用乳头滴管吸取1.00 mol·L −1 NaOH 溶液滴加至微红，然后改用0.10 mol·L −1 NaOH 溶液，使1～5号容量瓶溶液的红色由浅到深形成一个色阶，用蒸馏水稀释至刻度。

（2） 6号试液的配制：在100mL 容量瓶中分别加入0.10mL 0.5%酚酞溶液和2.00mL 0.10 mol·L −1 NaOH 溶液，加蒸馏水稀释至刻度。

2. 吸光度的测定
选择分光光度计的波长为550nm ，以蒸馏水为参比液，调节仪器透光率为100%，分别测定1～6号溶液的吸光度。

3. pH 值的测定
以pH 标准缓冲溶液校正硬度计后，分别测定1～5号溶液的pH 。

五、数据处理
1. 将测定的1～5号溶液的吸光度和pH 填入下表中。

表1 酚酞电离平衡常数测定实验数据表
2. 按D 0=10D 6计算D 0，式中D 6为6号溶液的吸光度。

3. 根据式（4）计算在实验温度T 时，各个不同pH 的酚酞溶液的电离平衡常数，求平均值或以D D D lg
0−对pH 作图，根据曲线的截矩求得lgK c ，并对两种测定结果进
行比较。

六、实验注意事项
1. 准确地测定溶液的吸光度和pH 值是做好本实验的关键，应注意正确使用仪器。

2. 酚酞溶液在强碱性溶液中会逐渐褪色，所以1～5号溶液不宜颜色过深，并应在配制好后迅速测定其吸光度，且最好同时测定同一待测溶液的吸光度和pH 值。

3. 由于有色物质对光有选择性吸收，可以先用一待测液在不同波长下进行测定，作吸收光谱曲线，找到最大吸收波长，并以此波长测定。

4. 用此实验方法也可测定甲基红等其他酸碱指示剂的电离平衡常数。

七、讨论
1. 1～5号溶液所取的酚酞量不一致对实验结果有无影响？
2. 使用数字酸度计和分光光度计时，有哪些操作要点？
3. 为什么电离度可用α=D/D 0计算？为什么D 0=10D 6 ？。