液相反应平衡常数.doc

实验八 液相反应平衡常数 1.实验目的及要求 1）掌握一种测定弱电解质电离常数的方法。2）掌握分光光度计的测试原理和使用方法。3）掌握pH计的原理和使用。2.实验原理根据Beer-Lambert定律，溶液对于单色光的吸收，遵守下列关系式： （1）式中A为吸光度；II。为透光率；k为摩尔吸光系数，它是溶液的特性常数；l为被测溶液的厚度；c为溶液浓度。 在分光光度分析中，将每一种单色光，分别、依次地通过某一溶液，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(入)下测定不同浓度c的吸光度，就可作出线性的AC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Beer-Lambert定律，则可在两波长1及2时(1、2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，则 （2） （3） （4）此处AA1、AA2、AB1、AB2分别代表在1及2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，在纯物质的最大吸收峰的波长时，测定吸光度A和浓度c的关系。如果在该波长处符合贝尔一郎比定律，那么AC为直线，直线的斜率为K值，是混合溶液在1、2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。 3）若两种被测组分的吸收曲线相互重合，而又不遵守贝尔-郎比定律。 4）混合溶液中含有未知组分的吸收曲线。 3与4两种情况，由于计算及处理比较复杂，此处不讨论。 本实验是用分光光度法测定弱电解质(甲基红)的电离常数，由于甲基红本身带有颜色，而且在有机溶剂中电离度很小，所以用一般的化学分析法或其它物理化学方法进行测定都有困难，但用分光光度法可不必将其分离，且同时能测定两组分的浓度。甲基红在有机溶剂中形成下列平衡： 甲基红的电离常数 或 （7）由(7)式可知，只要测定溶液中B与A的浓度及溶液的pH值。(由于本体系的吸收曲线属于上述讨论中的第二种类型，因此可用分光光度法通过(5)、(6)两式求出B与A的浓度)，即可求得甲基红的电离常数。 3.仪器与药品 紫外-可见分光光度计（Unico2000）l台，pHs-3c型酸度计1台，容量瓶(100mL)7只，量筒(100mL)1只，烧杯(100mL)4只，移液管(25mL，胖肚)2支，移液管(10 mL，刻度)2支，洗耳球1只。酒精(95，化学纯)，盐酸(0.1molL)，盐酸(0.01 molL L)，醋酸钠(0.01molL),醋酸钠(0.04molL)，醋酸(O02molL)，甲基红(固体)。 4.实验步骤 1）溶液制备 (1)甲基红溶液 将1g晶体甲基红加300mL 95酒精，用蒸馏水稀释到500mL（已配制，公用）。 (2)标准溶液 取10mL上述配好的溶液加50mL 95酒精，用蒸馏水稀释到100mL。 (3)溶液A 将10mL标准溶液加10mL 0.1molLHCl，用蒸馏水稀释至100mL。 (4)溶液B 将10mL标准溶液加25mL 0.04molL NaAc，用蒸馏水稀释至100mL。 溶液A的pH约为2，甲基红以酸式存在。溶液B的pH约为8，甲基红以碱式存在。把溶液A、溶液B和空白溶液(蒸馏水)分别放入三个洁净的比色槽内，测定吸收光谱曲线。 2）测定吸收光谱曲线 (1)用分光光度计测定溶液A和溶液B的吸收光谱曲线求出最大吸收峰的波长。波长从360nm开始，每隔20nm测定一次(每改变一次波长都要先用空白溶液校正)，直至620nm为止。由所得的吸光度A与绘制A曲线，从而求得溶液A和溶液B的最大吸收峰波长1和2。(2)求KA1、KA2、KB1、KB2 将A溶液用0.01molL HCl稀释至开始浓度的0.8倍（取20 mL A溶液用0.01molL HCl稀释至25mL），0.50倍（取12.5mL A溶液用0.01molL HCl稀释至25mL），0.3倍（取7.5mL A溶液用0.01molL HCl稀释至25mL）。将B溶液用0.01molL NaAc稀释至开始浓度的0.8倍（取20 mL B溶液用0.01molL NaAc稀释至25mL），0.50倍（取12.5 mL B溶液用0.01molL NaAc稀释至25mL），0.3倍（取7.5 mL B溶液用0.01molL NaAc稀释至25mL）。并在溶液A，溶液B的最大吸收峰波长1和2处测定上述上述相对浓度为0.3、0.5、0.8、1.0的各溶液的吸光度。如果在1、2处上述溶液符合贝尔一郎比定律，则可得到四条Ac直线，由此可求出KA1、KA2、KB1、KB2。 3）测定混合溶液的总吸光度及其pH (1)配制四个混合液 10mL标准液+25mLO04molLNaAc+50mL0.02molL HAc加蒸馏水稀释至100mL。 10mL标准液+25mLO04molLNaAc+25mL0.02molLHAc加蒸馏水稀释至100mL。 10mL标准液+25mLO04molLNaAc+10mL0.02molLHAc加蒸馏水稀释至100mL。 10mL标准液+25mLO04molLNaAc+5mL0.02molLHAc加蒸馏水稀释至100mL。 (2)用1、2的波长测定上述四个溶液的总吸光度。 (3)测定上述四个溶液的pH值。 5.实验注意事项 1）使用分光光度计时，为了延长光电管的寿命，在不进行测定时，应将暗室盖子打开。仪器连续使用时间不应超过2h，如使用时间长，则中途需间歇0.5h再使用。 2）比色槽经过校正后，不能随意与另一套比色槽个别的交换，需经过校正后才能更换，否则将引入误差。 3）pH计应在接通电源20min30min后进行测定。 4）本实验pH计使用的复合电极，在使用前复合电极需在3molL KCl溶液中浸泡一昼夜。复合电极的玻璃电极玻璃很薄，容易破碎，切不可与任何硬东西相碰。 6.数据处理 1）画出溶液A、溶液B的吸收光谱曲线，并由曲线上求出最大吸收峰的波长1、2。 2）将1、2时溶液A，溶液B分别测得的浓度与吸光度值作图，得四条Ac直线。求出四个摩尔吸光系数KA1、KA2、KB1、KB2。 3）由混合溶液的总吸光度，根据(5.5)，(5.6)两式，求出混合溶液中A，B的浓度。 4）求出各混合溶液中甲基红的电离常数。 7.思考题 1）制备溶液时，所用的HCl，HAc，NaAc溶液各起什么作用? 2）用分光光度法进行测定时，为什么要用空白溶液校正零点?理论上应该用什么溶液校正?在本实验中用的什么?为什么? 8.讨论 1）分光光度法和分析中的比色法相比较有一系列优点，首先它的应用不局限于可见光区，可以扩大到紫外和红外区，所以对于一系列没有颜色的物质也可以应用。此外，也可以在同一样品中对两种以上的物质(不需