甲基红的酸离解平衡常数的测定

Department of Chemistry

甲基红的酸离解平衡常数的测定

一、实验目的二、实验原理

三、药品仪器四、实验步骤

五、实验记录六、数据处理

八、注意事项九、思考题

七、结果分析与讨论


实验目的1. 测定甲基红的酸离解平衡常数。

2. 掌握分光光度计和酸度计的使用方法。


实验原理甲基红（对 -二甲氨基 -邻 -羧基偶氮苯）是一种弱酸型的染料指示剂，具有酸（ HMR ）和碱（ MR －）两种形式，它在溶液中部分电离，在碱性溶液中呈黄色，酸性溶液中呈红色。

在溶液中存在一个离解平衡，简单地写成：

其离解平衡常数： HMRH ＋＋ MR －

甲基红的酸形式甲基红的碱形式

)1(][

]][[

HMR

MRHK

)2(][

][lg

HMR

MRpHpK


由于 HMR 和 MR －两者在可见光谱范围内具有强的吸收峰，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，而且在简单 CH3COOH － CH3COONa 缓冲体系中就很容易使颜色在 pH ＝ 4~6 范围内改变，因此比值 [MR － ]/[HMR] 可用分光光度法测定而求得。


对一化学反应平衡体系，分光光度计测得的光密度包括各物质的贡献，根据朗伯－比尔定律，当 c 单位为 mol·L － 1， l 单位为 cm 时，a 为摩尔吸光系数。由此可推知甲基红溶液中总的光密度为：

DA ＝ aA ， HMR [HMR] l + aA ， MR-[MR － ] l

（ 3 ） DB ＝ aB ， HMR[HMR] l + a B ， MR-[MR － ] l

（ 4 ）实验中若使用 1cm 比色皿，即 l ＝ 1 ，则由（ 3 ）式得：

)5(]HMR[

][,

,

la

laDMR

MRA

HMRAA


将（ 5 ）式代入（ 4 ）式得：

DA、 DB分别为在 HMR 和 MR －的最大吸收波长处所测得的总的光密度。 aA ， HMR、 aA ， MR- 和 aB ， H

MR、 aB ， MR- 分别为在波长 λA和 λB下的摩尔吸光系数。各物质的摩尔吸光系数值可由作图法求得。

[MR － ] 与 [HMR] 的相对量可由（ 5 ）、（ 6 ）式得出， pH 值可由酸度计测定得出；最后按（ 2 ）式求出 pK 值。

)6()(

][,,,,

,,

laaaa

DaDaHMR

HMRAMRBMRAHMRB

AMRBBMRA


药品仪器1. 722 型分光光度计2. pHS － 3 型 pH 计容量瓶（ 100mL ）3. 移液管（ 10mL ）4. 温度计（ 0~100℃）5. 甲基红贮备液： 0.5g 晶体甲基红溶于 300ml 95% 的乙

醇中，用蒸馏水稀释至 500ml 。 6. 标准甲基红溶液：取 8ml 贮备液加 50ml 95% 的乙醇稀释至 100ml 。7. PH 为 6.84 的标准缓冲溶液8. 醋酸钠溶液 0.04 mol· L-1 、 0.01 mol· L-1 9. 醋酸 0.02 mol· L-1 10. 盐酸 0.1 mol· L-1 、 0.01 mol· L-1


实验步骤调节分光光

度计测定甲基红酸式（ HMR ）和碱式（ MR －）的最大吸收波

长

测定在 λA 和 λB 下各溶液的光密度 D

A 和 DB ，测各溶液的 pH 值

测定它们在 λA 、 λB 下的摩尔吸光系数标定酸度计


1.722 型分光光度计的使用

(1) 将灵敏度旋钮调置“ 1” 档，（放大倍率最小）； (2) 开启电源预热 20 分钟，选择开关置“ T” ，波长调置

测试用波长； (3) 打开试样室盖（光门自动关闭），调节“ 0” 旋钮，使

数字显示为“ 00.0” ； (4) 放入参比液，调节 100% 旋钮，使数字显示为“ 100.

0” ；（如不到 100.0 ，适当调整灵敏度的档度，同时重复“ 3” ）； (5) 选择开关置于“ A” 调节吸光度调零旋钮，数字显示为0.000 ，移入被测溶液，显示 A 值。 (6) 改变测试波长，稍等片刻，重新调整 0 和 100% 后，比色皿光面通光路。


2. 测定甲基红酸式 (HMR) 和碱式 (MR － ) 的最大吸收波长

测定下述两种甲基红总浓度相等的溶液的光密度随波长的变化，即可找出最大吸收波长。第一份溶液（ A ）：取 10mL 标准甲基红溶液，加 10mL 0.1

mol·L-1HCl ，稀释至 100mL ，此溶液的 pH 值大约为 2 ，因此甲基红完全以 HMR 式存在。第二份溶液（ B ）：取 10mL 标准甲基红溶液和 25mL0.04

mol·L-1 CH3COONa 溶液，稀释至 100mL ，此溶液的 pH 值大约为 8 ，因此甲基红完全以MR －式存在。取部分 A 液和 B 液分别放在 2 个 1cm 比色皿内，在350~600

nm之间每隔 10nm 测定它们相对于水的光密度。由光密度对波长作图，找出最大吸收波长 λA 、 λB 。


取部分 A 液和 B 液，分别各用 0.01 mol·L-1 的 HCl

和 0.01 mol·L-1 的 CH3COONa 稀释至它们原浓度的0.75 ， 0.50 ， 0.25 倍及原溶液，制成一系列待测液。在波长 λA 和 λB 下测定这些溶液相对于水的光密度。

由光密度对浓度作图并计算在 λA 下甲基红酸式（ H

MR ）和碱式（ MR －）的 aA ， HMR 、 aA ， MR-及在

λB 下的 aB ， HMR 、 aB ， MR- 。

3. 检验 HMR 和 MR— 是否符合比尔定律并测定它们在 λA 、 λB 下的摩尔吸光系数。


4. 求不同 pH 值下 HMR 和 MR －的相对量

在四个 100mL 的容量瓶中分别加入 10mL 标准甲基红溶液和 25mL 0.04 mol·L-1 CH3COONa 溶液，并分别加入 50mL 、 25mL 、 10mL 、 5m

L 的 0.02 mol·L-1 的 CH3COOH ，然后用蒸馏水

稀释至刻度制成一系列待测液。测定在 λA 和 λB

下各溶液的光密度 DA 和 DB ，用酸度计测得各溶液的 pH 值。


实验数据记录实验日期：；室温： ℃；气压： KPa 1. 测定甲基红 HMR 和 MR －的最大吸收波长2.测定 HMR 和 MR －在 λA、 λB下的摩尔吸光系数3. 求不同 pH 值下 HMR 和 MR －的相对量


1. 测定甲基红 HMR 和 MR-的最大吸收波长

波长 /nm 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480

光密度 DA

光密度 DB

波长 /nm 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620

光密度 DA

光密度 DB


2. 测定 HMR和 MR- 在 λA、 λB下的摩尔吸光系数

A液的倍数 1.0 0.75 0.50 0.25

①λA下的D

②λB下的DB液的倍数 1.0 0.75 0.50 0.25

③λA下的 D④λB下的

D作图求出摩尔吸光系数；由①得 aA ， HMR ；由②得 aB ， HMR ；由③得 aA ， MR- ；由④得 a B ， M

R-


3.求不同pH值下HMR和MR －的相对量

溶液序号 1 2 3 4

λA下的 DλB下的 D

pH


数据处理1.找出甲基红 HMR 和 MR- 的最大吸收波长

2. 作图求出摩尔吸光系数；由①得 aA,HMR ；

由②得 aB,HMR ；由③得 aA,MR- ；由④得 a B, M

R-

3. 计算出甲基红的酸离解平衡常数 4. 与文献值比较


2. 测定 HMR和 MR- 在 λA、 λB下的摩尔吸光系数

A液的倍数 1.0 0.75 0.50 0.25

①λA下的D

②λB下的DB液的倍数 1.0 0.75 0.50 0.25

③λA下的 D④λB下的

D作图求出摩尔吸光系数；由①得 aA ， HMR ；由②得 aB ， HMR ；由③得 aA ， MR- ；由④得 a B ， M

R-


溶液序号 PH pK

1

2

3

4

][

][

HMR

MR

][

][lg

HMR

MR

3. 计算出甲基红的酸离解平衡常数 )2(

][

][lg

HMR

MRpHpK

)5(]HMR[

][,

,

la

laDMR

MRA

HMRAA

)6()(

][,,,,

,,

laaaa

DaDaHMR

HMRAMRBMRAHMRB

AMRBBMRA


文献值：其最大吸收峰的波长

λ1＝ 520±10nm； λ2＝ 425±10nm

在室温范围内甲基红的 pK为 5.05±0.15


实验结果与讨论⑴结果：实测值为 pK=⑵计算实验偏差：⑶分析产生偏差的原因：⑷有何建议与想法？


注意事项：1.恒温；2. 改变测试波长，稍等片刻，重新调整 0和 100%后，比色皿光面通光路；


思考题 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而引起的实验误差？

2. 甲基红酸式吸收曲线和硒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甲基红浓度的关系。

3.什么要用相对浓度？为什么可以用相对浓度？

4. 在光密度测定中，应该怎样选用比色皿。

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