实验三 苯甲酸离解常数的测定.docVIP

实验三 苯甲酸离解常数的测定 一、实验目的 1．测定苯甲酸在不同pH条件下的吸光度，求出苯甲酸的离解常数。 2．掌握紫外吸收光谱法测定弱酸离解常数的方法及在研究离子平衡中的应用。 3．学习并掌握紫外可见分光光度计的使用。 二、实验原理 利用分光光度法可以精确地测定弱酸或弱碱的离解常数。如果一个化合物其紫外吸收光谱随其溶液的pH值，即溶液中氢离子浓度不同而不同，则可以利用紫外吸收光谱测定其离解常数。 设弱酸HB按下式离解： 它的离解常数 （3-1） 式中、、分别表示平衡时HB，H3O+和B-的活度，在稀溶液中可以用浓度c代替活度，因此 （3-2） 等式两边取负对数，则上式可写成 （3-3） 为了测定离解常数Ka，需要测出溶液的pH值及cHB与cB-的比值。pH值可以用加入缓冲液的方法加以控制或用pH计进行测量。平衡体系中cHB和cB-可以用分光光度法测定，但是HB和B-必须在紫外光区或可见光区有吸收，而且它们的吸收带应有明显的差别。 为了通过测量溶液的吸光度求出 cHB和cB-，需要配制3个不同pH的HB溶液，即足够强的酸性溶液、足够强的碱性溶液和pH接近HB的pKa值的溶液，在一定波长下分别测量3个溶液的吸光度，在酸性溶液中由于同离子效应的影响，HB离解极少，测得的吸光度A可以看成是HB的吸光度AHB；在碱性溶液中HB几乎全部离解，测得的吸光度A可以看成是B-的吸光度AB-；而当溶液的pH在pKa附近时，HB与B-共存，平衡时其吸光度为（吸收液层厚度都为1 cm）： （3-4） 式中分别为HB、B-的摩尔吸光系数；分别为平衡时HB、B-浓度。 在酸性溶液中测得的吸光度为： （3-5） 在碱性溶液中测得的吸光度为： （3-6） 式中，co为HB的起始浓度，且 （3-7） 将式（3-7）代入式（3-4）中可求得分别为： （3-8） （3-9） 将式（3-8）与式（3-9）相除得： （3-10） 将（3-10）中与分别用和代替，得： （3-11） 将（3-11）式代入（3-3）式中，可得pKa的计算公式： （3-12） 根据式（3-12），只需测定酸性溶液中HB的吸光度，碱性溶液中B-的吸光度以及溶液pH接近pKa时平衡混合物的吸光度，就可以计算出HB的离解常数pKa。 三、仪器与试剂 1．仪器：TU-1901双光束紫外可见分光光度计；pH计；分析天平；1cm石英比色皿；25 mL、500 mL容量瓶；5 mL吸量管。 2．试剂 （1）苯甲酸；0.05 mol· L-1 H2SO4；0.1 mol·L-1 NaOH。 （2） pH = 3.6缓冲液：将8 g NaAc·3H2O溶于100 mL蒸镏水中，加134 mL 6 mol·L-1 HAc，用蒸镏水稀释至500 mL。 （3） pH = 4.5缓冲液：将50 g NaAc·3H2O溶于100 mL蒸馏水中，加85 mL 6 mol·L-1 HAc，用蒸馏水稀释至500 mL。 四、实验步骤 1．配制苯甲酸溶液 准确称取0.120 g苯甲酸，溶于蒸馏水中，然后移入500 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。各取5 mL上述苯甲酸溶液于4个25 mL容量瓶中，分别加入2.5 mL 0.05 mol· L-1 H2SO4溶液，2.5 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液，20 mL pH = 3.6的缓冲溶液和20 mL pH = 4.5的缓冲溶液，然后用蒸馏水稀释至刻度。 2．测定苯甲酸溶液的pH值 用pH计分析测量4种苯甲酸溶液的pH值。 3．测定苯甲酸溶液的紫外吸收光谱 分别以0.005 moL·L-1 H2SO4、0.01 mol·L-1 NaOH和pH = 3.6、pH = 4.5 缓冲液作参比，用1 cm吸收池，测定上述4种苯甲酸溶液在波长250～285 nm范围内的吸收光谱。 五、数据处理 1．根据苯甲酸溶液的吸收光谱，选择一个测定波长，