紫外分光光度法測定苯甲酸的解離常數

紫外分光光度法測定苯甲酸的解離常數

1、實驗目的：

（1）了解紫外分光光度計的基本原理、儀器結構和操作方法。

（2）掌握采用紫外吸收光譜法測定苯甲酸解離常數的原理和方法。

2、實驗原理

光度法是測定大多數有機弱酸或弱堿的解離常數的常用方法，適用條件是它們的酸式型和堿式型的吸收曲線不重疊。它是基于物質的分子狀態和離子狀態對某一波長光的吸收度不同的原理而建立起來的一種分析方法。當某種物質在溶液中達到解離平衡時，該溶液中同時存在物質的分子和離子狀態，而這兩種狀態對同一波長的光的吸收度是不同的，因此，用分光光度計測得的溶液的吸光度是溶液中分子和離子吸光度的綜合表現。

若被測物是一元弱酸性物質，則其解離式為：

HL  H+ + L---（1）

Ka= [H+][L-]/[HL] （2）

將式（2）中的[H+]和Ka 分別用它們的副對數pH 和pKa 表示：

pKa=pH+lg [HL]/[L-]（3）

由（3）式知，只要在一確定PH下，知道[HL]與[L-]的比值就可以計算得出物質的解離常數。

具體做法是，配制3個濃度相同而pH不同的HL溶液，在某一確定的波長下，用1.0 cm 的吸收池測量各溶液的吸光度A，并用酸度計測量各溶液的pH，各溶液的吸光度為

A = eHL[HL] + eL-[L-]= eHL[H+]c/(Ka +[H+]) + eL- Ka c/(Ka + [H+])

C=[HL]+[L-]        ①

在高酸性介質中，可以認為溶液中該酸只以HL形體存在，仍在以上確定的波長下測定吸光度，則 

A HL = eHL[HL] ? eHLc        即   eHLc = A HL / c    ②

在堿性介質中，可以認為溶液中該酸只以L-形體存在，這時仍在以上確定的波長下測定吸光度，則 

A L- = eL-[L-] ? eL-c         即    eL-c = A L -/ c     ③

將②式和③式代人①式，整理后得

Ka = [H+][L-]/[HL]= [H+](A HL – A)/(A– A L-)   ④

pKa=pH+lg(A– A L-)/(A HL – A)

這是利用光度法測定一元弱酸解離常數的基本關系式，式中A HL、A L-

分別為在一定波長下弱酸定量地以HL、L-型體存在時溶液的吸光度，A為某一確定pH時溶液的吸光度。

苯甲酸在溶液中有如下的電離平衡：

C6H5COOH + H2O C6H5COO- + H3O+

可利用它在不同介質中的吸光度通過④式來計算它的解離常數。

3、實驗器材：紫外可見分光光度計；配1 cm 石英比色皿；數字pH計；50mL容量瓶3只 、燒杯、量杯

   試劑：0.001mol/L苯甲酸溶液、pH=4.0的緩沖液、0. 1mol/L H2SO4、0.1mol/L NaOH、純水

4、實驗步驟：

§1、用酸度計測定溶液的pH值

①、安裝電極

先把電極夾子夾在電極桿上。夾上甘汞電極，把引線叉連接在電極接線柱上。再將玻璃電極夾在夾子上，使玻璃球泡略高于甘汞電極，把電極插頭插入電極孔內，旋緊螺絲。

②、連接電源

檢查電源電壓與儀器電壓相符合后，將pH-mV開關置“0”，接通電源。對pHS-25型酸度計，若用交流電源，接通電源后指示燈亮，若用直流電源，指示燈不亮。

③、定位

（1）將標準緩沖液傾入測試杯中，侵入電極，將pH-MV開關旋至與緩沖液相應量程范圍。

（2）調節定位調節器，使指針指向本緩沖液該溫度下的pH。（本實驗pH=4.0）并搖動測試杯，使指針穩定為止，重復調節定位調節器，定位后，定位調節器不可再旋動。

④、測量

（1）移開緩沖液測試杯。用純水淋洗電極，并用濾紙輕輕吸干。

（2）將被測溶液傾入測試杯中（溫度應和緩沖液一樣，否則應按其溫度重新調節溫度補償器）浸入電極對，讀數即可

§2、苯甲酸吸收曲線的測量

① 、配制溶液

苯甲酸溶液分別吸取0.001mol/L苯甲酸溶液液5.0ml，放入3只50ml容量瓶中，分別用0. 1mol/L H2SO4、0.1mol/L NaOH、純水將溶液定容，搖勻。

② 、吸收曲線測定

依次取三種苯甲酸溶液于比色皿中，以各自相應的溶劑做參比，在波長為200~300nm之間掃描得吸收曲線，并在235~285nm范圍內每隔5nm記錄相應的吸光度值數據。

（測量條件 ：光源：氫燈；測量波長：235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285nm。）

5、結果與討論

（1）計算出各個指定波長的苯甲酸的解離常數及平均值，并將結果與文獻值比較