溴酚蓝离解平衡常数的测定 一、目的 1、掌握一种测定酸碱指示剂离解平衡常数的方法。 2、掌握TU-1810DASPC紫外可见分光光度计有关部分及PB-10 pH计的使用方法。 二、基本原理 波长为λ的平行单色光通过含有均匀的吸光物质的介质时,由于物质对光的吸收作用而使透射光的强度(I)比入射光的强度(I0)要弱,其减弱的程度与所用的波长有关。又因分子结构不相同的物质,对光的吸收有选择性,因此不同的物质在吸收光谱上所出现的吸收峰的位置及形状,以及在某一波长范围内的吸收峰的数目和峰高都与物质的特性有关。分光光度法是根据物质对光的吸收的特性而建立的,这一特性不仅是研究物质内部结构的基础,也是定性、定量分析的基础。 二、基本原理 。 根据Lambert-Beer定律,溶液对于单色光的吸收,遵守下列关系式: I/I0 透光率 a 摩尔吸光系数 比色皿的厚度(cm) c 溶液的摩尔浓度 D 吸光度 在分光光度分析中,将每一种单色光,分别依次地通过某一溶液,测定溶液对每一种光波的吸收。以吸光度(D)对波长(λ)作图,就可以得到该物质的吸收光谱曲线。用最大吸收波长的入射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度。 二、基本原理 从(1)式可以看出,对于固定厚度的比色皿,在最大吸 收波长下,测定不同浓度溶液的吸光度,就可以作出线性的D-c图,这就是定量分析的基础。也就是说,在该波长时,若溶液遵守Lambert-Beer定律,则可以选择这一波长来进行定量分析。 以上讨论的是单组分溶液的情况,对于含有多种吸光物质的溶液,由于各吸光物质对一波长的单色光均有吸收作用,如果各吸光物质之间互不发生化学反应,且各组分都遵守Lambert-Beer定律,当某一波长的单色光通过这种含有多种吸光物质的溶液时,溶液的总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和。这一规律称吸光度的加和性。据此,可以进行多组分的测定和某些化学反应平衡常数的测定。 假定溶液中有x和y两种吸光物质,它们的定量测量可分别讨论如下: 二、基本原理 二、基本原理 溴酚蓝(四溴苯酚磺酞或S,S-二氧化-4,4’-(3H- 2,1-苯并邻氧硫杂环戊基3-亚甲基)-双-(2,6-二溴 苯酚))的分子式为: 二、基本原理 二、基本原理 溴酚蓝是一种弱酸型的酸碱指示剂。具有酸(HA)和碱(A-)两种形式,它在溶液中部分电离,主要用作酸碱指 示剂,其在溶液中存在以下的离解平衡: HA?H++A- 其离解平衡常数: 二、基本原理 溶液的颜色是由HA和A-引起的,pH变色范围为3.1-4.6,当溶液的pH≤3.1时,溶液的颜色主要由HA(酸式)引起呈黄色;当pH≥4.6时,溶液的颜色主要由A-(碱式)引起,呈蓝紫色。实验表明,对蓝紫色产生最大吸收的单色光的波长对黄色不产生吸收,在其最大吸收波长处,黄色的吸光度为零或很小。因此,本实验我们可用对A- 产生最大吸收波长的单色光测定离解后的混合溶液的吸光度, 可求出A-的浓度。令A- 在显色物质中所占的量分数为X,则HA所占的量分数为1-X, 所以 二、基本原理 二、基本原理 在测定D1和D2后,再测一系列pH下的溶液的吸光度及pH,以pH对 作图应为一直线,由其在纵轴上的截距可求 (溶液离子强度的变化对它的酸离解平衡常数没有显著的影响)。 三、仪器和试剂 TU-1810DASPC分光光度计一台(北京普析通用仪器责任有限公司) PB-10 pH计一台(德国Sartorius) 10mL 移液管 3支5×10-5mol·dm-3的溴酚蓝溶液 5mL 移液管 2支0.1mol·dm-3的HCl溶液 25mL移液管1支1mol·dm-3的HCl溶液 10mL 量筒2个0.1mol·dm-3的邻苯二甲酸氢钾溶液 50mL容量瓶10个0.1mol·dm-3的NaOH溶液 25mL烧杯9个pH为4.003和6.864的标准缓冲溶液 0~50?C温度计一支 滴管若干 四、实验步骤 1、TU-1810DASPC分光光度计使用前应熟悉有关部分的操作。 2、选择比色皿。 3、确定酸式和碱式最大吸收波长及碱式最大吸收波长处HA和A-的吸光度 1)移取两份10.00ml 5×10-5mol·dm-3的溴酚蓝溶液,分别置于两个50mL的容量瓶中, 并用量筒向一只容量瓶中加入1mol·dm-3的HCl溶液5mL, 向另一只容量瓶中加入 0.1mol·dm-3的NaOH溶液1mL,用蒸馏水稀释到刻度,分别得到溴酚蓝的酸式、碱式溶液。 2)取1cm的比色皿四只,用两只装蒸馏水作参比溶液,先扫描仪器的基线。再分别扫描溴酚蓝的酸式、碱式溶液的最大吸收波长。 3)选定碱式的最大吸收波长,用光度测量方式,以蒸馏水为参比,用1cm的比色皿分别测量前面配制的酸式、碱式溶液在此最大吸收波长的吸光度D1和D2。测量结果应表明,酸式溶液呈黄色,测得的吸光度为零。 *比较:移取10.00ml 5×10-5mol·dm-3的溴酚蓝溶液, 置于50mL的容量瓶中, 并用移液管向容量瓶中加入0.1mol·dm-3的邻苯二甲酸氢钾溶液25.00mL,用蒸馏水稀释到刻度,扫描最大吸收波长。 四、实验步骤 4、 碱式最大吸收波长处,不同酸度下,溴酚蓝溶液吸光度D的测定 1)取7只50mL的容量瓶,分别加入10.00ml 5×10-5mol·dm-3的溴酚蓝溶液,再分别加入25.00mL 0.1mol·dm-3的邻苯二甲酸氢钾溶液,加入的HCl和NaOH的量以表1为准,再加蒸馏水稀释到刻度,可分别得到不同pH值时的溴酚蓝溶液。 表1、不同pH值加入HCl和NaOH量四、实验步骤 2)将波长固定在碱式的最大吸收波长处,用光度测量方式以蒸馏水作 参比,用1cm的比色皿测量各溶液的吸光度D。由于此时,HA不 产生吸收,所以溶液的D是不同浓度的A-产生的。 5、测量7种溶液的pH值用pH为4.003和6.864的标准缓冲溶液校正PB-10 pH计后,分别 测量7种溶液的pH值(每次测定前均需重新校正)。 四、实验步骤 选做: 6、酸式最大吸收波长处,不同酸度下,溴酚蓝溶液吸光度D的测定 1)将波长固定在HA的最大吸收波长处,用光度测量方式以蒸馏水作 参比,用3cm的比色皿测量上述各溶液的吸光度D。 2)用3cm的比色皿分别测量前面配制的酸式、碱式溶液在此最大吸 收波长的吸光度D1和D2。 四、实验步骤 7、 注意事项 1)、溶液不要配错。 2)、不要将溶液洒在仪器内及机壳上,联机使用时不要打开仪器盖。 3)、在进入测定之前,在不同的测量模式下,需要进行基线的校准或零点的校准。这时,注意要把两个装有空白溶液的比色皿分别放入里边的参比池架和外边的样品池架中进行校准。 4)、不要用手接触比色皿的玻璃面,用镜头纸仔细擦净比色皿玻璃面后再放入比色皿架内。 5)、放置比色皿时,不要拉动比色皿架,如有拉动应报告老师。不要将毛玻璃面对准光源。不要弄破比色皿。不要弄丢比色皿固定片,比色皿校正后不要随便更换, 。 6)、比色皿用完后要洗净,用蒸馏水泡在大烧杯中。 五、数据记录和处理 实验温度: 酸式最大吸收波长: 碱式最大吸收波长: 等色点吸收波长: 五、数据记录和处理 表2、待测液光密度及pH数据表 五、数据记录和处理 1、在A-最大吸收波长处, 以pH对 作图,求。表3、pH及表*2 在HA最大吸收处作上图,求 ,并与前面的值进行比较。 六、思考讨论题 1、在本实验中,温度对测定结果有何影响?采取哪些措施 可以减少由此引起的实验误差? 2、溴酚蓝酸式吸收曲线和碱式吸收曲线的交点称之为“等色点”,讨论在等色点处光密度和溴酚蓝浓度的关系。 3、使用分光广度法对被测物质有什么要求?最大吸收波长是否与浓度有关? 4、在吸光度测定中,应该怎样选用比色皿? 5、用分光光度计进行测定,为什么要用空白溶液校正零点?理论上应该用什么溶液作为参比? 6、为什么要用相对浓度? 为什么可以用相对浓度? 七、附录---解方程组法 如HA和A-的吸收带互相重叠,而且它们都遵守Lambert-Beer定律, 对这一化学反应平衡体系, 分光光度计测得的吸光度包括两者的贡 献。 七、附录---解方程组法 七、附录---解方程组法 若比色皿厚度相同,则八、参考文献 1、崔献英、柯燕雄、单绍纯编 《物理化学实验》 中国科学技术大学出版社(2000) 2、东北师范大学等校编 《物理化学实验》(第 二版)高等 教育出版社(1989) 3、武汉大学主编 《分析化学》(上、下册,第五版)高等教育出版社(2006) 4、顾翼东主编 《化学辞典》(第二版)