(中国科大)物化实验六：分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数

如题

物理化学实验报告

分光光度法测溴酚蓝的电离

平衡常数

作者姓名：学科专业：完成时间：宋佳化学系October7,2012

如题

分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数

宋佳

PB10206099,化学系,中国科学技术大学–合肥,安徽,中国

2012年9月27日

摘要紫外-可见（UV）分光光度法是测量弱电解质电离平衡常数的一种常用而简易方法，通过测量不同pH条件下溶液的吸光度A，得到A-pH的关系曲线，然后通过换算的到换算后的吸光度有关的量与Ph的关系。本实验是测定溴酚蓝（BPB）溶液的吸光度，以及相应的PH值，并以此来计算其Ka。

关键词溴酚蓝(BPB)电离平衡常数紫外-可见分光光度法

TheDeterminationoftheIonizationEquilibriumConstant

ofBPBbyUV-Spectrophotometry

JasonSong

PB10206099,DepartmentofChemistry,USTC–Hefei,Anhui,China

October7,2012

AbstractUsingUV-Spectrophotometerprovidesasimplemethodformeasuretheionizationequi-libriumconstantoftheweakelectrolytes.Bymeasuringtheabsorbencyoftheelectrolyticsolutionswithdi erentpH,wecouldgetanabsorbencypHcurveandthandeterminetheionizationequilibriumconstantofthiselectrolyteindirectly.Inthisexperiment,wetakebromphenalblue(BPB)forexampletogetitsKa.Keyword

Bromphenalblue(BPB)

Ionizationequilibrium

UV-Spectrophotometry

如题

1前言

酸碱指示剂的电离平衡有很重要的意义，决定了指示剂的选择，溴酚蓝（BPB）是一种酸碱指示剂，本身带有颜色且在有机溶剂中的电离度很小，所以用一般的化学分析法或是其他物理化学方法很难测定其电离平衡常数。而分光光度法可以利用不同波长对其组分的不同吸收来确定体系中组分的含量，从而求算溴酚蓝的电离平衡常数。溴酚蓝溶液中存在HA的电离平衡，HA与电离形成的A 都是显色物质，且可以吸收单色光，但两个的特征吸收不重叠。当pH≤3.1时，溶液呈黄色，主要由HA产生；在pH≥4.6时，溶液呈蓝色，是由A 产生的实验证明，被A 最大吸收的蓝色单色光不被黄色的HA吸收，即在其最大吸收波是黄色消光为0或很小。据此我们可以在A 的最大吸收波长下通过测不同pH值溶液的吸光度，确定溶液中A 组分的浓度，进而得到BPB的电离平衡常数Ka。

(b)将波长固定在λmax处，把上述溶液逐

一以蒸馏水作参比，测量得到一系列D值。(c)取两只100mL容量瓶，分别加入20ml5×

10 5mol/L的BPB溶液，在其中一只容量瓶中加入50mL0.2mol/L的NaOH溶液，稀释至刻度，得BPB极碱溶液；在另一只容量瓶中加入10mL1mol/L的HCl溶液，稀释至刻度，得BPB极酸溶液。(d)在分光光度计上迅速测量极酸溶液、极

碱溶液的吸光度D1和D2。3.水浴中恒温溶液，然后逐一用酸度计测量得到一系列pH值

3结果与讨论

3.1

试验结果

PKa=4.050163±0.182247

所以可以得到BPB的电离平衡常数为：

Ka=10 4.050163=8.9092×10 5

查资料[1]得知溴酚蓝有：PKa=4.1即，其电离平衡常数为：

Ka=7.9433×10 5

电离平衡常数的相对误差为：12.16%

计算并作图（数据处理见附件），可以得到：

2实验部分

2.1仪器与药品

HK-2A超级恒温水浴：南大万和

TU-1901紫外可见光光度计：北京普析通用

仪器有限责任公司740酸度计：inolab

10ml移液管(3只)，25ml移液管(1只)25ml量筒(1只)100ml容量瓶(7个)滴管若干

3.2

BPB溶液

(5×10 5mol/L)

L邻苯二甲酸氢钾溶液(缓冲剂，0.1mol/)HCl溶液NaOH溶液

(0.1mol/L，1mol/L)(0.1mol/L，0.2mol/L)

结果讨论及误差分析

从试验结果可知，最终的结果比较接近理论结果，说明用分光光度计法测定溴酚蓝的电离平衡常数是可行的；然而不可否认的是，测量结果与理论值还是有比较大的误差的，其可能的原因可能有：1.机械误差，光度计的电路工作不稳定，表现为读数值偶尔会出现漂移，可以通过多次测量，计算平均值来减小误差2.温度的维持，在测pH及吸光度D的时候，都要将配好的溶液取出，这时溶液暴露在空气中，特别是比色皿比较小，温度变化明显，因此测得电离平衡常数不是严格意义上的25 C下的平衡常数，从而造成误差。3.测pH时实验过程中，每次对ph的测量都会需要较长时间稳定数据，实验过程中尚未等数据稳定即开始测量，或是使溶液暴露在空气时间过长而使溶液浓度发生改变均会对实验结果引入误差，两端的溶液尤其如此。

2.2实验过程

1.准备工作：打开超级恒温水浴恒温30 C，打开电脑以及相应软件，打开分光光度计预热仪器，掀开样品室盖，标定pH计。2.不同酸度下，溴酚蓝溶液吸光度D的测定。

(a)取7只100mL容量瓶，分别加入20mL

5×10 5mol/L的BPB溶液，再分别加入50mL0.1mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液。然后分别加入不同量的酸或碱调节溶液的pH值，加入的HCl或NaOH的量见1，再稀释至刻度。可分别得到不同pH值下的BPB溶液。[h]

如题

表1:不同配比溶液

13～3.2～3.61(0.1MHCl)16.00ml6.00ml溶液57

pH值～4.2～4.6

NaOH(0.1MHCl)

3.00ml11.00ml

4.数据拟合得到的方程为：

y=1.052461x 4.050163

从方程

lg

D D1

=PH PKa

D2可知，斜率应该为1，而求得的斜率1.052461比理论值大一些，这可能由系统误差造成的，由于测得的D1=0.06比不是0,因此造成直线截距比较小，PKa偏小，最终电离平衡常数较理论值较大。

5.比色皿表面每次清洁度都不同，导致测到的值有浮动。6.主观因素，测量pH时，每次等待的耐心限度不同导致，每次pH的测量时间不同，测量吸光度时要擦干比色皿的表面，但是每次洁净程度也不同。

4结论

通过实验了解了分光光度法测量弱电解质的电离常数，通过测量不同PH值对应的吸光度D以及极酸极碱条件下的吸光度，找出对应的线性关系以求出弱酸弱碱的电离平衡常数。BPB酸碱指示剂的电离平衡常数为Ka=8.9092×10 5

如题

参考文献

[1]李龙泉，朱玉瑞，金谷，邵利民.定量化学分析.中国科学技术大学出版社，2007

如题

附件：数据记录及处理

恒温水槽的温度：30 C1.测得的pH值

2.97

2.测得吸光度Ｄ

0.0760.076

3.303.553.784.174.464.67

0.1360.1350.1830.1830.2470.2470.4050.4050.4880.4880.5420.542

极酸，极碱的吸光度：D1=0.06D2=0.6023.数据处理

将数据以表格的形式列出：

PHD

lg

2.97

0.076-0.858

3.300.136-0.544

3.550.183-0.367

3.780.247-0.163

4.170.4050.310

4.460.4880.6294.670.5420.953

D

1

以lgD

2

对

PH

作图，再线性拟合得：

pH

pH

y=1.052461x 4.050163

Y

Axis Title

eltiT sixA Y

如题

slope:1.0524621intercept:-4.050163

error: 0.046902error:0.182247

D由公式lgD2可知，PKa=4.050163±0.182247

因此可以求得BPB的电离平衡常数为：

Ka=10 4.050163=8.9092×10 5

而理论值为KPa0=4.1

相对误差为：

Ka=7.9433×10 5

Ka Ka0

Ka×100%=12.16%