甲基红离解平衡常数的测定.docx

实验二甲基红离解平衡常数的测定
实验目的

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。
掌握可见分光光度计的原理和使用方法。

实验原理

1.分光光度法
分光光度法是对物质进行定性分析、结构分析和定量分析的一种手段，而且还能测定某些化合物的物化参数，例如摩尔质量，配合物的配合比和稳定常数以及酸碱电力常数等。
测定组分浓度的依据是朗伯-比尔定律：一定浓度的稀溶液对于单色光的吸收遵守下式
(1)
A为吸光度，I/I0为透光率T，k为摩尔吸光系数（与溶液的性质有关），l为溶液的厚度，c为溶液浓度。
在分光光度分析中，将每一种单色光，分别依次通过某一溶液，测定溶液对每一种光波的吸光度，以吸光度A对波长λ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1所示。由图可以看出，对应于某一波长有一个最大的吸收峰，用这一波长的入射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度。

图1分光光度曲线
从(1)式可以看出，对于固定长度吸收槽，在对应最大吸收峰的波长(λ)下测定不同浓度c的吸光度，就可作出线性的A~c线，这就是光度法的定量分析的基础。
以上讨论是对于单组分溶液的情况。对含有两种以上组分的溶液，情况就要复杂一些：
①若两种被测定组分的吸收曲线彼此不相重合，这种情况很简单，就等于分别测定两种单组分溶液。
②两种被测定组分的吸收曲线相重合，且遵守Lambert-Beer定律，则可在两波长λ1及λ2时(λ1、λ2是两种组分单独存在时吸收曲线最大吸收峰波长)测定其总吸光度，然后换算成被测定物质的浓度。
根据Beer-Lambert定律，假定吸收槽的长度一定(一般为1cm)，
(2)
(3)
(4)
此处AAλ1、AAλ2、ABλ1、ABλ2分别代表在λ1及λ2时组分A和B的吸光度。由(3)式可得：
(5)
将(5)式代入(4)式得：
(6)

这些不同的K值均可由纯物质求得。也就是说，在各纯物质的最大吸收峰的波长λ1、λ2时，测定吸光度A和浓度c的相关，如果在该波长处符合朗伯-比尔定律，那么A~c为直线，直线的斜率为K值。是混合溶液在λ1、λ2时测得的总吸光度，因此根据(5)、(6)式即可计算混合溶液中组分A和组分B的浓度。
甲基红溶液即为②中所述情况。其他情况要比①②更复杂一些，本实验暂不作讨论。

2.甲基红离解平衡常数及pK的测定
甲基红是一种弱酸型的染料指示剂，具有酸（HMR）和碱（MR-）两种形式。其分子式为：

它在溶液中部分电离，在碱性浴液中呈黄色，酸性溶液中呈红色。在酸性溶液中它以两种离子形式存在：

在波长520nm处，甲基红酸式HMR对光有最大吸收，碱式吸收较小；在波长430nm处，甲基红碱式MR-对光有最大吸收，酸式吸收较小。故依据(5)、(6)式，可得：
[MR-]/[HMR]=(A总430*K’HMR530-A总520*K’HMR430)/(A总520*K’MR-430-A总430*K’MR-520)(7)
由于HMR和MR两者在可见光谱范围内具有强的吸收峰，溶液离子强度的变化对它的酸离解平衡常数没有显著影响，而且在简单CH3COOH-CH3COONa缓冲体系中就很容易使颜色在pH＝4~6范围内改变，因此比值[MR-]／[HMR]可用分光光度法测定而求得。
甲基红的电离常数

令-lgK=pK，则
(8)
由(8)式可知，只要测定溶液中[MR-]/[HMR]及溶液的pH值(用pH计测得)，即可求得甲基红的pK。

3.可见分光光度计的原理及使用方法
分光光度计的结构一般由五部分组成：

本实验使用的是722N型可见分光光度计。

使用此仪器时应注意：
按照老师指导的仪器使用方法规范使用；
如果仪器发生故障，需报告指导教师，不能自行进行修理；
使用分光器前要预热仪器，使电压稳定；
比色皿放入样品室前，用镜头纸擦干比色皿外的的溶液，切忌用手触碰比色皿透光面。

仪器和试剂

1、仪器
722型分光光度计，(HANNAinstrument)pH211MicroprocessorpHmeter，容量瓶100ml11个，烧杯50ml3个，，移液管10ml2支，25ml2支，量筒50ml1个。
2、试剂
-1-1-1-1-1NaAc。
四、实验步骤

1.甲基红储备溶液的配制
用研钵将甲基红研细，称取1g甲基红固体溶解于500ml95%酒精中。
甲基红储备溶液已配好，此步骤略去。

2.甲基红标准溶液的配制
由公用滴定管放出5ml甲基红储备液于100ml，用量筒加入50ml95%酒精溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
储备溶液呈深红色，稀释成标准溶液后颜色变浅。

3.A溶液(纯酸式)和B溶液(纯碱式)的配制
A溶液：取10.00ml甲基红标准溶液，加10.000.1mol.L-1HCl，再加水稀