分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数

分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数摘要：溴酚蓝是一种弱电解质，可以作为酸碱指示剂。溶液pH不同，溴酚蓝电离程度亦不同，从而显示出不同的颜色。溴酚蓝的分子和离子对光的最大吸收的位置是不同的，根据这一性质，用分光光度法测定不同酸碱条件下溶液的吸光度，再根据溶液浓度与吸光度的关系，求得溴酚蓝的电离平衡常数。关键词：溴酚蓝，弱电解质，平衡常数，分光光度法MeasurementofequilibriumconstantofbromophenolbluebyUv-VisSpectrophotometryAbstract：Bromophenolblueisakindofweakelectrolyte,andcanbeusedasacid-baseindicator.TheionizationofbromophenolbluevarieswiththepHofthesolution,resultingindifferentcolors.Differenttypesofbromophenolbluehavediversemaximumabsorptionwavelength,accordingtowhichtheabsorbanceofthebromophenolbluesolutionisacquiredbySpectrophotometry.Andtheequilibriumconstantisobtainedbasedontherelationshipbetweentheabsorbanceandtheconcentrationofthesolution.Keyword:bromophenolblue,weakelectrolyte,equilibriumconstant,Spectrophotometry1、序言弱电解质在水溶液中不能完全电离，因此无法准确获得溶液中各组分的浓度，在求算弱电解质的电离平衡常数时比较困难。然而依据不同组分对光的最大吸收不同，再根据朗伯-比尔定律就可以求出溶液中各组分与浓度的关系，进而求出弱电解质的平衡常数。对于溴酚蓝，记为HA，在水溶液中的电离平衡表达式如下：HAHA（1）则溴酚蓝的平衡常数可表示为：[][][]aHAKHA（2）HA显黄色，A-显蓝色，在一定的pH条件下，溶液的颜色由两者共同决定。在稀溶液中，溶液的吸光度由朗伯-比尔定律给出：DIIKlClg0（3）其中D－消光（或光密度）；I/I。－透光率；K－摩尔消光系数，它是溶液的特性常数；l－被测溶液的厚度（即吸收槽的长度）；C－溶液浓度。由上式可知，稀溶液的吸光度与溶液浓度成正比。在极酸条件下，可认为溶液中HA并没有发生电离，在一定波长下溶液的吸光度为D1；在极碱条件下，可认为溶液中HA完全电离成A-，在相同的波长下溶液的吸光度为D2；在某pH条件下，溶液中A-的摩尔分数设为X，在相同的波长下溶液的吸光度为D，则根据朗伯-比尔定律，有如下关系：1212(1)1DXDXDDDXXDD（4）结合溴酚蓝电离平衡常数的表达式可的如下关系：12lgHaDDppKDD（5）因此实验中只需测定不同pH条件下溴酚蓝溶液的吸光度就可以求算出溴酚蓝的电离平衡常数。本实验中溶液的吸收波长取A-的最大吸收波长。2、实验试剂与仪器（1）pH=4.0和6.86的标准缓冲溶液，盐酸，氢氧化钠溶液，溴酚蓝溶液（2）TU-1901双光路分光光度计（北京普析通仪器有限责任公司）；HK-2A型恒温水浴（南大万和）；inolabpH计3、实验部分（1）打开恒温槽和分光光度计，预热仪器，恒温在28℃；（2）设置仪器参数，扫描波长为340.00nm~800.00nm，采用双光路测量，并对分光光度计进行校零和基线校正；用标准缓冲溶液对pH计进行校正；（3）不同pH条件下溴酚蓝溶液的配制：取7只100mL的干净容量瓶，分别加入20mL5×10-5mol·dm-3的B.P.B溶液，再分别加入50mlL0.1mol·dm-3邻苯二甲酸氢钾溶液。加入的HCl和NaOH的量以下表为准，再加稀释至刻度。可分别得到不同PH值下的B.P.B溶液。如下表格所示：溶液号PH值X1（0.1mol·dm-3HCl）溶液号PH值X1（0.1mol·dm-3NaOH）1～3.016.00mL5～4.23.00mL2～3.210.00mL6～4.47.00mL3～3.46.00mL7～4.611.00mL4～3.63.00mL（4）将配制好的溶液放在恒温槽中恒温，并依次测量溶液的pH值和吸光度；（5）配制极酸和极碱溶液：取两只100mL容量瓶，分别加入20mL5×10-5mol·dm-3的B.P.B溶液。在一支容量瓶中加入50mL0.2mol·dm-3的NaOH溶液稀释到刻度，得B.P.B的极碱溶液，在另一支容量瓶中加入1mol·dm-3的HCl溶液10mL，稀释至刻度，得B.P.B的极酸溶液。将配制好的溶液放入恒温槽中恒温一段时间后，迅速测量极酸和极碱溶液的吸光度。4、结果与讨论（1）按照pH由低到高的顺序，各溶液的吸收曲线如下：fig1极酸溶液fig2pH=2.938fig3pH=3.222fig4pH=3.470fig5pH=3.674fig6pH=4.071fig7pH=4.332fig8pH=4.527fig9极碱溶液fig10所有溶液（2）取溴酚蓝离子的最大吸收波长（591nm）下的各溶液的吸光度D，数据处理表格如下：pH吸光度DlgDDDD122.9380.074-0.864773.2220.12-0.61633.470.185-0.367313.6740.229-0.227884.1070.3730.1861034.3320.450.4331044.5270.4960.6163极酸D1=0，极碱D2=0.616根据公式（5），以lgDDDD12对pH作图，如下fig11所示：2.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.85.0-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0lg((D-D1)/(D2-D))pHlg((D-D1)/(D2-D))LinearFitoflg((D-D1)/(D2-D))y=0.93088x-3.61356R=0.99826fig11（3）根据fig11可知，pKa=3.614，即溴酚蓝的电离平衡常数为：Ka=2.432×10-4（4）根据公式（5）可知，拟合后直线的斜率应该是1.00，而fig11中直线斜率为0.931，相对误差为6.9%，误差比较大。本实验重要用到的仪器为分光光度计和pH计，这两种仪器是比较精确的，如果仪器本身和操作不出现问题，由仪器所带来的误差不可能超过5%，因此本实验只可能是在溶液的配制上出现了较大的误差。实验参考：《物理化学实验》，中国科学技术大学出版社2000年4月第一版，崔献英、柯燕雄、单绍纯编著。