甲基红的酸电解平衡常数的测定

实验100　甲基红的酸电解平衡常数的测定———分光光度法

实验目的

通过测定甲基红的酸电解平衡常数，进一步掌握分光光度计和酸度计的正确使用方法。

实验原理

前面介绍了用pH法、电导率法、滴定曲线法测定醋酸的电离平衡常数，本实验将介绍用分光光度法测定弱电解质的电离平衡常数。

甲基红是一种弱酸型染料指示剂，具有酸（HMR）和碱（MR－）两种形式，它在溶液中部分电离，简单地写成：

用浓度表示的电离平衡常数：

因此，对于一定温度下已达平衡的甲基红溶液，只需测出其pH值和c_MR－/c_HMR，即可求得电离平衡常数。

测定体系的组成常用分光光度法，对一化学反应平衡体系，分光光度计测得的吸光度包括各物质的贡献，根据朗伯－比耳定律，由此可推知甲基红溶液在最大吸收波长λ₁、λ₂处的总吸光度分别为

式中：A₁、A₂分别为HMR和MR^－的最大吸收波长处所测得的总的吸光度；ε_i，j分别为HMR和MR^－在最大吸收波长λ₁、λ₂下的摩尔吸光系数，它们可由作图法求得，即配制甲基红以纯酸式存在时的溶液，在波长λ₁下分别测定各溶液的吸光度，对A₁－c_HMR作图，得一直线，由直线斜率可求得ε_1，HMR，其余各摩尔吸光系数的求法类同。由式（3）、式（4）求得c_MR－与c_HMR的比值为

再测得溶液pH值，根据式（2）求出pK_c。

实验用品

仪器　分光光度计；酸度计；容量瓶等。

试剂　甲基红标准溶液（3×10^－4 mol·L^－1）；缓冲溶液（pH＝6.86，pH＝4.00）；NaAc（0.04mol·L^－1）；HCl（0.1mol·L^－1）；HAc（0.02mol·L^－1）等。

实验步骤

1.测定甲基红酸式和碱式的最大吸收波长

取10mL甲基红标准溶液，加10mL 0.1mol·L^－1 HCl溶液，稀释至100mL，此溶液甲基红完全以HMR形式存在，测其在460～590nm之间每隔10nm相对于水的吸光度，找出最大吸收波长λ₁。

取10mL甲基红标准溶液，加25mL 0.04mol·L^－1 NaAc溶液，稀释至100 mL，此溶液甲基红完全以MR^－形式存在，测其在380～520nm之间每隔10nm相对于水的吸光度，找出最大吸收波长λ₂。

2.摩尔吸光系数的测求

分别吸取甲基红标准溶液10mL、8mL、6mL、4mL、2mL，各置于100mL容量瓶中，再各加入10mL 0.1mol·L^－1 HCl溶液，稀释至刻度，在波长λ₁、l＝1cm和λ₂、l＝3cm下测定各溶液相对于水的吸光度，作图求ε_1，HMR、ε_2，HMR。

分别吸取甲基红标准溶液10mL、8mL、6mL、4mL、2mL，各置于100mL容量瓶中，再各加入25mL 0.04mol·L^－1 NaAc溶液，稀释至刻度，在波长λ₁、l＝3cm和λ₂、l＝1cm下测定各溶液相对于水的吸光度，作图求ε_1，MR－、ε_2，MR－。

3.求不同pH值下c_HMR 和c_MR－的比值

在5支100mL容量瓶中分别加入25mL 0.04mol·L^－1 NaAc溶液和甲基红标准溶液10mL，再分别加入0.02mol·L^－1 HAc溶液50mL、35mL、25mL、10mL、5 mL，稀释至刻度，测定各溶液在λ₁、l＝1cm和λ₂、l＝1cm下的吸光度A₁、A₂，用pH计测得各溶液的pH值。

实验结果与数据处理

（1）分别对A₁－λ，A₂－λ作图，求出最大吸收波长λ₁、λ₂。

（2）作λ₁处的直线图以及λ₂处的直线图，求得各直线的斜率k。再由A＝εcl求出摩尔吸光系数。

（3）由式（5）求得不同pH值下的，再由式（2）计算电离平衡常数，并取平均值。

思考题

（1）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而引起的实验误差？

（2）甲基红酸式吸收曲线和碱式吸收曲线的交点称之为“等色点”，讨论等色点处的吸光度和甲基红浓度的关系。

（3）为什么要用相对浓度？为什么可以用相对浓度？

（4）在吸光度测定中，应该怎样选用比色皿？