分光光度法测溴酚蓝的电离平衡常数摘要：溴酚蓝（BPB）是一种酸碱指示剂，本身带有颜色且在有机溶剂里电离度很小，所以一般的化学分析法或其他物理化学方法很难测定其电离平衡常数。

然而用分光光度法可以在蒸馏水的参照下测出BPB的最大吸收波长，继而测出在最大吸收波长下对不同浓度的BPB 溶液的吸收，从而求算出溴酚蓝的电离平衡常数。

关键词：溴酚蓝；电离平衡常数；分光光度计Measurement of the Ionization Equilibrium Constant ofBromophenol Blue by Spectrophotometric Method Abstract:BPB can indicate whether a material is an acid or alkali. Since it has a bright coloritself and a low ionization inorganic solvent, general chemical analysis, as well as some other physical methods come across a lot of difficulties in the determination of the ionization constant. However, with a spectrophotometer and an ionic analyzer, we can determinate the furthest absorbing wavelength of BPB with the help of blank corrective liquor of distilled water. Then a series of different copies of liquor of BPB with different acidity should be prepared and their absorbency should be measured by the spectrophotometer. At last, we can compute the ionization constant of BPB through those data.Keywords:Bromphenelblue; ionization equilibrium constant; spectrophotometer1.前言具有极性共价键的弱电解质溶于水时，其分子可以微弱电离出离子；同时，溶液中的相应离子也可以结合成分子，当两者的反应速率相等时，溶液便达到了电离平衡。

此时，溶液中电解质分子的浓度与离子的浓度分别处于相对稳定状态，达到动态平衡。

弱电解质在一定条件下电离达到平衡时，溶液中电离所生成的各种离子活度其在化学方程式中的计量为幂的乘积，跟溶液中未电离分子的活度以其在化学方程式中的计量为幂的乘积的比值一个常数，叫做该弱电解质的电离平衡常数。

这个常数叫电离平衡常数，简称电离常数。

测量弱电解质电离平衡常数的方法有很多，例如：滴定法、电化学法、物理方法等。

本实验中我们使用紫外—可见分光光度法，它属于物理方法的一种，即通过测定不同pH下溴酚蓝溶液在最大吸收波长处的吸光度，利用吸光度与离子浓度的关系计算出溴酚蓝的电离平衡常数2.实验部分2.1.实验目的1.掌握一种测定酸碱指示剂电离平衡常数的方法。

2.熟悉并掌握722型分光光度计的性能和使用方法。

并利用分光光度计测量溴酚蓝(Bromphenalblue)的最大吸收波长，了解溶液浓度对λmax的影响。

3.了解酸度对B.P.B的影响，学会用缓冲溶液调节溶液酸度的方法。

2.2.实验原理根据贝尔—郎比定律，溶液对于单色光的吸收，遵守下列关系式：DIIK l C==⋅⋅lg0(6－1)式中，D－消光（或光密度）； I/I0－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。

以消光（D ）对波长（λ）作图，就可以得到该物质的分光光度曲线，或吸收光谱曲线，如图6－1所示。

由图可以看出，对应于某一波长有着一个最大的吸收峰，用这一波长的入射光通过该溶液就有着最佳的灵敏度。

本实验用分光光度法测定弱电解质溴酚蓝的电离平衡常数。

溴酚蓝是一种酸碱指示剂，本身带有颜色且在有机溶剂中电离度很小，所以用一般的化学分析法或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。

溴酚蓝在有机溶剂中存在着以下的电离平衡： HA ⇋ H ++A －其平衡常数为：K aK a =+-[H A HA ][][](6－2)溶液的颜色是由显色物质HA 与A －引起的，其变色范围PH 在3.1～4.6之间，当PH ≤3.1时，溶液的颜色主要由HA 引起的，呈黄色；在PH ≥4.6时，溶液的颜色主要由A －引起，呈蓝色。

实验证明，对蓝色产生最大吸收的单色光的波长对黄色不产生吸收，在其最大吸收波长时黄色消光为0或很小。

用对A －产生最大吸收波长的单色光测定电离后的混合溶液的消光，可求出A －的浓度。

令 A －在显色物质中所占的分数为X ，则HA 所占的摩尔分数为1－X ，所以K XXa =--1[]A (6－3) 或者写成：lglg XX K a 1-=+PH (6－4) 根据上式可知，只要测定溶液的PH 值及溶液中的[HA]和[A －]，就可以计算出电离平衡常数K a 。

在极酸条件下，HA 未电离，此时体系的颜色完全由HA 引起，溶液呈黄色。

设此时体系的消光度为D 1；在极碱条件下，HA 完全电离，此时体系的颜色完全由A －引起，此时的消光度为D 2，D 为两种极端条件之间的诸溶液的消光度，它随着溶液的PH 而变化，图6-1 分光光度曲线D＝(1－X)D1+XD2。

得到：XD D D D =--12代入（4）式中得：lg D DD DPKa--=-12PH(6－5)在测定D1、D2后，再测一系列PH下的溶液的光密度，以lg D DD D--12对PH作图应为一直线，由其在横轴上的截距可求出P K a，从而可得该物质的电离平衡常数。

本实验的PH值通过溶液配制而得。

2.3.实验仪器与试剂表1.实验仪器及药品2.4.实验步骤1.打开超级恒温水浴使之恒温在 25.00℃，打开分光光度计、便携式水质测试仪、pH计，预热仪器，打开电脑设置软件扫描范围为 360~700nm，间隔为 0.5nm。

2.对 pH 计进行三点校零，用蒸馏水对便携式水质测试仪、双光束紫外可见分光光度计进行基线校准，并完成相关设置。

3.确定溶液的最大吸收波长（实验中略过此步骤）取1cm 厚度的比色皿两只，均用去离子水洗净，装入 2/3 体积的去离子水，把比色皿两光面擦干，正确插入光度计恒温比色槽中，点击“基线”进行基线校正，观察数据未与 0 偏离过多方可继续实验。

认真阅读书后附录，了解分光光度计的使用和操作及注意事项。

4.各个不同酸度的溴酚蓝溶液配置。

取7 只 100mL 的干净容量瓶，分别加入 20mL 5×10-5 mol·dm-3的 B.P.B 溶液，再分别加入 50mlL0.1 mol·dm-3邻苯二甲酸氢钾溶液。

加入的 HCl 和 NaOH 的量以表2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。

表 2.溶液配制浓度参考将配置好的溶液分别倒入相应的比色管中，放入恒温槽中恒温。

5.不同酸度下，溴酚蓝溶液 pH 值的测定。

将上述七种不同酸度的溴酚蓝溶液用酸度计测量相应的 pH 值。

6.不同酸度下，溴酚蓝溶液吸光度 D 的测定。

①将样品池外侧的比色皿取出，使用待测溶液润洗若干次后倒入 2/3 体积的待测溶液，对其进行全谱扫描，测量过程中注意溶液恒温。

对其余待测溶液进行相同测量。

②将便携式水质快速检测仪的探头深入各溶液中，进行测量，得到其吸收光谱图。

7.极酸极碱溶液的测量。

取两只 100mL 容量瓶，分别加入 20mL 5×10-5 mol·dm-3的 B.P.B 溶液。

在一支容量瓶中加入 50mL0.2 mol·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 1 mol·dm-3的 HCl 溶液 10mL，稀释至刻度，得 B.P.B 的极酸溶液。

用两种分光光度计迅速测量极酸溶液、极碱溶液的吸光度 D1和 D2，测量结果应表明，极酸时溶液呈黄色，在 max情况下，测得的吸光度为 0。

2.5.注意事项1）在不测量时，应将暗室盖子打开，以延长光电管寿命。

2）使用比色皿时，禁止用手触摸光面玻璃。

3）pH 计校正采用三点校正，更换测量溶液后要清洗并擦干电极。

4）注意清洗并擦干比色皿透光面或光纤探头。

5）极酸、极碱样品配好后尽快测量。

2.6.数据处理方法1、根据公式计算lg D DD D--12的值。

2、以lg D DD D--12对PH作图，得截距为P K a，计算K a值。

3.实验数据记录与处理详见“附录”。

4. 实验结果及讨论4.1. 实验结果实验使用双光束紫外可见分光光度计和便携式水质检测仪分别测量，所获得的1~7号溶液分光光度曲线、极酸极碱分光光度曲线见图2和图3（原始数据及数据处理见附文）。

图2 所有样品D-λ曲线（双光束紫外可见分光光度计）由分光光度曲线可知，碱态下，A －的最大吸收波长λmax =591nm ，酸态下，HA 的最大吸收波长在λmax =438.5nm 。

D1= -0.001，D2= 0.662。

（双光束紫外可见分光光度计）A b sλ (nm)A b sλ (nm)图3 所有样品D-λ曲线（便携式水质检测仪）A －的最大吸收波长λmax =590.6nm ，HA 的最大吸收波长在λmax =437.8nm 。

D1= -0.012，D2= 0.616。

（便携式水质检测仪）计算lg[(D-D 1)/(D 2-D)]结果，并作lg[(D-D 1)/(D 2-D)]-pH 拟合直线图，可算出pKa 、Ka ，结果见表3。

标准值（20℃，I=0）pKa=4.10，Ka=7.94×10-5。

表3.pKa 、Ka 计算结果4.2. 结果分析1. 吸收曲线分析：根据不同pH 的吸收曲线形状可知，溴酚蓝酸式形式与碱式形式在对方最大吸收波长处吸收很小，几乎为0，可以近似认为完全不相互干扰。

同时，酸式形式与碱式形式各自符合Lambert-Beer 定律，故此实验理论前提成立。