浙江万里学院生物与环境学院
化学工程实验技术实验报告
实验名称：甲基红解离常数的测定
一、 实验预习（30分）
1． 实验装置预习（10分）＿＿＿＿＿年＿＿＿＿月＿＿＿＿日 指导教师＿＿＿＿＿＿（签字）成绩
2． 实验仿真预习（10分）＿＿＿＿＿年＿＿＿＿月＿＿＿＿日 指导教师＿＿＿＿＿＿（签字）成绩 3． 预习报告（10分）
指导教师＿＿＿＿＿＿（签字）成绩
（1） 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。 （2） 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：
HMR
H ＋ MR
＋
－
甲基红的酸形式 甲基红的碱形式
c (H +) /c θ⋅c (MR -) /c θ
K b =
其离解平衡常数：（1） c (HMR ) /c θ
θ
θ
pK b =pH -lg[c (MR -) /c (HMR )]（2）
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CH 3COOH －CH 3COONa 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
D =-lg
献，根据朗伯－比尔定律
I
=acl I 0
，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：
D A ＝ a A ，HMR [HMR] l+ a A ，MR -[MR] l （3） D B ＝ a B ，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：
-
⎡⎤MR ⎣⎦=
－
－
D A -a A , HMR [HMR ]l
a A , MR -l
（5）
将（5）式代入（4）式得：
[HMR ]=
a A , MR -D B -a B , MR -D A
(a B , HMR a A , MR --a B , MR -a A , HMR ) l
（6）
D A 、D B 分别为在HMR 和MR 的最大吸收波长处所测得的总的光密度。a A ，HMR 、a A ，MR - 和a B ，HMR 、a B ，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。
－
（3） 实验装置与流程： 1．调节仪器
打开酸度计、分光光度计的电源，预热20分钟；
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 0.1mol·L HCl ，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25mL0.04mol ·L
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CH 3COONa 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350～600nm 之间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 。
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。
取部分A 液和B 液，分别各用0.01 mol ·L 的HCl 和 0.01 mol ·L 的CH 3COONa 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。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 CH 3COONa 溶液，并分别加入50mL 、25mL 、10mL 、5mL 的0.02 mol·L 的CH 3COOH ，然后用蒸馏水稀释至刻度制成一系列待
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－
－
—
-1 -1
测液。测定在λA 和λB 下各溶液的光密度D A 和D B 。用酸度计测得各溶液的pH 值。
（4） 简述实验所需测定参数及其测定方法：
1. 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。
2. 取部分A 液和B 液分别放在2个1cm 比色皿内，在350～600nm 之间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 。
3. 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（HMR ）和碱式（MR ）的a A ，
HMR
－
－
、a A ，MR -及在λB 下的a B ，HMR 、a B ，MR -。
－
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 CH 3COONa 溶液，并分别加入50mL 、25mL 、10mL 、5mL 的0.02 mol·L 的CH 3COOH ，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D A 和D B 。用酸度计测得各溶液的pH 值。
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（5） 实验操作要点： 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；
二、 实验操作及原始数据表（20分）
第一份溶液（A ）：取10mL 标准甲基红溶液，加10mL 0.1mol·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25mL0.04mol ·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350～600nm 之间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 。
数据记录和处理
实验日期： 2015.12.28 ；室温： 13 ℃；气压： 101.324 KPa 1. 测定甲基红HMR 和MR -的最大吸收波长（作图）。
HMR:
MR -：
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
三、 数据处理结果（30分）
1、作图求出摩尔吸光系数；由①得a A ，HMR ；由②得a B ，HMR ；由③得a A ，MR- ；由④得a B ， MR-
A 液在λA 下的吸光度
a A ，HMR =1.19
A 液在λB 下的吸光度
a A ，MR-=0.112
B 液在λA 下的吸光度
a B ，HMR =0.109
B 液在λB 下的吸光度
a B ，MR-=1.033
2、计算出甲基红的酸离解平衡常数
pK 的平均值为5.92
文献值：
其最大吸收峰的波长
λA ＝520±10nm ；λB ＝425±10nm
在室温范围内甲基红的pK 为5.05±0.15
四、 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？
温度会影响甲基红的解离程度，温度越高，解离的越多，平衡常数越大，反之，平衡常数越小。
可通过多次测定求平均值以及采用室温的蒸馏水稀释待测溶液方法减小温差对平衡常数的影响。
（2）. 甲基红酸式吸收曲线和碱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。
酸式主导：DA=（a A,HMR+a A,MR-） [HMR]
碱式主导：DB =（a B,HMR+a B,MR-） [MR-]