實驗十二 液相反應平衡常數(shù)

1、3實驗十二 液相反應平衡常數(shù)實驗十二 液相反應平衡常數(shù)【目的要求】1. 用分光光度法測定弱電解質(zhì)的電離常數(shù)。2. 掌握分光光度法測定甲基紅電離常數(shù)的基本原理。3. 掌握分光光度計及pH計的正確使用方法?！緦嶒炘怼咳蹼娊赓|(zhì)的電離常數(shù)測定方法很多，如電導法、電位法、分光光度法等。本實驗測定電解質(zhì)(甲基紅)的電離常數(shù)，是根據(jù)甲基紅在電離前后具有不同顏色和對單色光的吸收特性，借助于分光光度法的原理，測定其電離常數(shù)，甲基紅在溶液中的電離可表示為：簡寫為： HMRHMR酸式 堿式則其電離平衡常數(shù)K表示為： (1)或 (2)由(2)式可知，通過測定甲基紅溶液的pH值，再根據(jù)分光光度法(多組分測定方法)測得

2、MR-和HMR值，即可求得pK值。根據(jù)朗伯-比耳(Lanbert-Bear)定律，溶液對單色光的吸收遵守下列關(guān)系式：  (3)式中，A為吸光度； I/I0為透光率T；C為溶液濃度；l為溶液的厚度；k為消光系數(shù)。溶液中如含有一種組分，其對不同波長的單色光的吸收程度，如以波長()為橫坐標，吸光度(A)為縱坐標可得一條曲線，如圖2-12-1中單組分a和單組分b的曲線均稱為吸收曲線，亦稱吸收光譜曲線。根據(jù)公式(3)，當吸收槽長度一定時，則： AakaCa (4)AbkbCb (5)如在該波長時，溶液遵守朗伯-比耳定律，可選用此波長進行單組分的測定。溶液中如含有兩種組分(或兩種組分以上)的溶液

3、，又具有特征的光吸收曲線，并在各組分的吸收曲線互不干擾時，可在不同波長下，對各組分進行吸光度測定。圖2-12-1 部分重合的光吸收曲線當溶液中兩種組分a、b各具有特征的光吸收曲線，且均遵守朗伯-比耳定律，但吸收曲線部分重合，如圖2-12-1所示，則兩組分(a+b)溶液的吸光度應等于各組分吸光度之和，即吸光度具有加和性。當吸收槽長度一定時，則混合溶液在波長分別為a和b時的吸光度 可表示為： (6) (7)由光譜曲線可知，組分a代表HMR，組分b代表MR-，根據(jù)(6)式可得到MR-即： (8)將式(8)代入式(7)則可得HMR即： (9)式中，分別表示單組分在波長為a和b時的k值。而a和b可以通過

4、測定單組分的光吸收曲線，分別求得其最大吸收波長。如在該波長下，各組分均遵守朗伯-比耳定律，則其測得的吸光度與單組分濃度應為線性關(guān)系，直線的斜率即為k值，再通過兩組分的混合溶液可以測得 ，根據(jù)(8)、(9)兩式可以求出MR-和HMR值?！緝x器試劑】分光光度計1臺；酸度計1臺；飽和甘汞電極(217型，1支)；玻璃電極1支；容量瓶(100mL，5只、50mL，2只、25mL，6只)；量筒(50mL，1只)；燒杯(50mL，4只)；移液管(10mL，1支、5mL，1支)。95%乙醇(A.R.)；HCl(0.1mol·dm-3)；甲基紅(A.R.)；醋酸鈉(0.05mol·dm-3、

5、0.01mol·dm-3)；醋酸(0.02mol·dm-3) ?！緦嶒灢襟E】1. 制備溶液(1) 甲基紅溶液 稱取0.400g甲基紅，加入300mL95%的乙醇，待溶后，用蒸餾水稀釋至500mL容量瓶中。(2) 甲基紅標準溶液 取10.00mL上述溶液，加入50mL95%乙醇，用蒸餾水稀釋至100mL容量瓶中。(3) 溶液a 取10.00mL甲基紅標準溶液，加入0.1mol·dm-3鹽酸10mL，用蒸餾水稀釋至100mL容量瓶中。(4) 溶液b 取10.00mL甲基紅標準溶液，加入0.05mol·dm-3醋酸鈉20mL，用蒸餾水稀釋至100mL容量瓶中。

6、將溶液a、b和空白液(蒸餾水)分別放入三個潔凈的比色皿內(nèi)。2. 吸收光譜曲線的測定接通電壓，預熱儀器。測定溶液a和溶液b的吸收光譜曲線，求出最大吸收峰的波長a和b。波長從380nm開始，每隔20nm測定一次，在吸收高峰附近，每隔5nm測定一次，每改變一次波長都要用空白溶液校正，直至波長為600nm為止。作A-曲線。求出波長a和b值。3. 驗證朗伯-比耳定律，并求出 (1) 分別移取溶液a 5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL分別于四個25mL容量瓶中，然后用0.01mol·dm-3鹽酸稀釋至刻度，此時甲基紅主要以HMR形式存在。(2) 分別移取溶液b 5.00

7、mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL分別于四個25mL容量瓶中，用0.01mol·dm-3醋酸鈉稀釋至刻度，此時甲基紅主要以MR-形式存在。(3) 在波長為a、b處分別測定上述各溶液的吸光度A。如果在a、b處，上述溶液符合朗伯-比耳定律，則可得四條A-C直線，由此可求出值。4. 測定混合溶液的總吸光度及其pH值。(1) 取4個100mL容量瓶，分別配制含甲基紅標準液、醋酸鈉溶液和醋酸溶液的四種混合溶液，四種溶液的pH值約為2、4、8和10，先計算所需的各溶液mL數(shù)。并列表：編號試劑用量/mL甲基紅標準液醋酸納溶液(0.05mol·dm-3)醋酸溶液

8、(0.02mol·dm-3)    (2) 分別用a和b波長測定上述四個溶液的總吸光度。(3) 測定上述四個溶液的pH值?！咀⒁馐马棥?使用分光光度計時，先接通電源，預熱20min。為了延長光電管的壽命，在不測定時，應將暗盒蓋打開。 使用酸度計前應預熱半小時，使儀器穩(wěn)定。 玻璃電極使用前需在蒸餾水中浸泡一晝夜。 使用飽和甘汞電極時應將上面的小橡皮塞及下端橡皮套取下來，以保持液位壓差?！緮?shù)據(jù)處理】1. 將實驗步驟3和4中的數(shù)據(jù)分別列入以下二個表中： 溶液相對濃度    編號pH  2. 根據(jù)實驗步驟2測得的數(shù)據(jù)作A-圖，繪制溶

9、液a和溶液b的吸收光譜曲線，求出最大吸收峰的波長a和b。3. 實驗步驟3中得到四組A-C關(guān)系圖，從圖上可求得單組分溶液a和溶液b在波長各為a和b時的四個吸光系數(shù) 4. 由實驗步驟4所測得的混合溶液的總吸光度，根據(jù)(8)、(9)兩式，求出各混合溶液中MR-、HMR值。5. 根據(jù)測得的pH值，按(2)式求出各混合溶液中甲基紅的電離平衡常數(shù)。思 考 題1. 測定的溶液中為什么要加入鹽酸、醋酸鈉和醋酸？2. 在測定吸光度時，為什么每個波長都要用空白液校正零點？理論上應該用什么溶液作為空白溶液？本實驗用的是什么溶液？3. 本實驗應怎樣選擇比色皿？【討論】1. 分光光度法是建立在物質(zhì)對輻射的選擇性吸收的基礎上，基于電子躍遷而產(chǎn)生的特征吸收光譜，因此在實際測定中，須將每一種單色光分別、依次地通過某一溶液，作出吸收光譜曲線圖，從圖上找出對應于某波長的最大吸收峰，用該波長的入射光通過該溶液不僅有著最佳的靈敏度，而且在該波長附近測定的吸光度有最小的誤差，這是因為在該波長的最大吸收峰附近dA/d0，而在其它波長時dA/d數(shù)據(jù)很大，波長稍有改變，會引入很大的誤差。2. 本實驗是利用分光光度法來研究溶液中的化學反應平衡問題，較傳統(tǒng)的化學法、電動勢法