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生科 2A 第 2 組 0033B022 黃雅筠 0033B046 蘇佑安 (E-mail : sandy501310514@gmail.com)

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(1)

生科 2A 第 2 組 0033B022 黃雅筠

0033B046 蘇佑安 (E-mail : sandy501310514@gmail.com)

(2)

目錄

 預報

一、目的 1 二、原理 1

三、試藥與儀器 2 四、實驗步驟 3 五、藥品 SDS 4

 結報

六、實驗記錄及結果 8 七、問題與討論 9 八、心得 10

九、實驗照片及數據 10

(3)

 預報 一、目的:

利用吸收光譜分析法決定緩衝溶液的 pH 值。

二、原理:

本實驗利用比爾定律來分析混合液的指示劑濃度,並推算其 pH 值,不同處 為利用指示劑特性分析溶液 pH 值。

一般酸鹼指示劑皆為有機酸或弱鹼,故會受其所在不同 pH 值溶液中的氫離 子濃度影響:與氫離子結合者為鹼式指示劑,釋出氫離子者則為酸式指示劑。

此次使用一弱酸指示劑,溴甲酚綠,當溶液 pH 小於 3.8 時為黃色(酸式),

pH 大於 5.4 時為藍色(鹼式)。利用吸收光譜分析法,可求出溴甲酚綠於酸 or 鹼 性溶液中的濃度比例,再依其解離常數與氫離子濃度的關係,即可算出緩衝溶 液之 pH 值。

計算方法如下:

溴甲酚綠於水中的反應方程式為:

HIn + H2O ⇌ In¯ + H3O+

黃色 藍色

(酸式) (鹼式)

+¿ H3O¿

¿

(4)

Ab1:鹼式溴甲酚綠在波長 λ1 的吸光度。

Ca:緩衝溶液中,酸式溴甲酚綠的濃度,即 [HIn]。

Cb:緩衝溶液中,鹼式溴甲酚綠的濃度,即 [In-]。

C:剛開始加溴甲酚綠的濃度 (1.4 ×10 -4 M)。

同理,假設溴甲酚綠於鹼性溶液中的最大吸收波長為 λ2,緩衝溶液於 此波長下的吸收度可以以此表示:

A2 =

(

CCa× Aa 2

)

+

(

CCb× Ab 2

)

Aa2:酸式溴甲酚綠在波長 λ2 的吸光度。

Ab2:鹼式溴甲酚綠在波長 λ2 的吸光度。

將所測得吸光度 A1、A2、Aa1、Aa2、Ab1、Ab2 代入,解聯立可得 Ca、Cb 值,並求出氫離子濃度。

三、試藥與儀器:

氫氧化鈉 濃鹽酸 醋酸鈉 濃醋酸 溴甲酚綠

NaOH HCl

CH3COONa CH3COOH

Bromocresol green 分光光度計

容量瓶 500 mL

1 部 1 個

100 mL 4 個

吸量管 10 mL 2 支

(5)

(1) 秤 40mg 溴甲酚綠 移至 500mL 容量瓶 加 200mL 水 & 少量 NaOH 再加水至標線

分光光度計 熱機 20min 再校正 & 測量

製備試藥 (2) 秤 0.82g 醋酸鈉

倒入燒杯

加 1mL 醋酸溶解之 再加水至 100mL

(3) 配 100mL 0.4M 氫氧化鈉溶液

、配 100mL 0.4M 鹽酸溶液

[(1.2) 已由準備室準備 ]

100mL 容量瓶 [1]

1.10mL 溴甲酚綠 2.10mL 0.4M 氫氧化鈉 加水稀釋至 100mL

100mL 容量瓶 [2]

1.10mL 溴甲酚綠 2.10mL 0.4M 鹽酸 加水稀釋至 100mL 100mL 容量瓶 [3]

1.10mL 溴甲酚綠 2.10mL 緩衝溶液 加水稀釋至 100mL 在波長 =420~460nm

測 [1] 、 [2] 的吸收光譜 找 最大吸收波長 (10nm 間隔 2nm)

以測得之兩最大吸收波長

測 酸式指示劑吸光度 Aa1 、 Aa2 鹼式指示劑吸光度 Ab1 、 Ab2 緩衝溶液吸光度 A1 、 A2

( 每換波長須以水

當空白溶液校正歸零)

計算緩衝溶液之 pH1 值 以 pH 計測溶液實際 pH2 值

計算誤差率 四、實驗步驟:

(6)

五、藥品 SDS

 氫氧化鈉

(7)

 鹽酸

(8)

 醋酸

(9)
(10)

 結報

六、實驗記錄及結果

編號 溶液 1. 黃色(酸式)

溴甲酚綠最適吸收波長 λ黃色 = 443 nm

2. 藍色(鹼式)

溴甲酚綠最適吸收波長 λ藍色 = 616 nm

代號 吸光值 代號 吸光值

1 0.4M HCl 溶液 (acid)

Aa1 0.2523 Aa2 0.0006

2 0.4M NaOH 溶液 (base)

Ab1 0.0336 Ab2 0.5841

3 緩衝溶液(test) A1 0.1833 A2 0.1865

1. 經 pH meter 檢測緩衝溶液 pH2 = 4.41 2. 經公式換算,緩衝溶液 pH1 = 4.464 3. 誤差率 =

∣ p H1p H2

p H2 × 100 % = ∣ 4.464−4.41 ∣

4.41 ×100 % = 1% (有

效數字 1 位)

 計算緩衝溶液 pH1

A 1=

(

CCa× Aa 1

)

+

(

CCb× Ab 1

)

=¿

(

1.4 ×10Ca −4× 0.2523

)

+

(

1.4 ×10Cb −4× 0.0336

)

...(1)

A 2=

(

CCa× Aa 2

)

+

(

CCb× Ab2

)

=¿

(

1.4 ×10Ca −4× 0.0006

)

+

(

1.4 ×10Cb −4× 0.5841

)

...(2)

0.1833=

(

1802∙ Ca

)

+(240 ∙Cb) ...(1)

0.1865=

(

4.285 ∙Ca

)

+(4172 ∙Cb) ...(2)

Ca = 9.578×10-5 Cb = 4.460×10-5

(11)

H+¿3O¿

−¿¿ I n¿ +¿¿ H3O¿

∙ C b¿

¿

¿

Ka=1.6 ×10−5=¿

H+¿3O¿

¿

∙(4.460 ×10−5)

¿ 1.6 ×10−5=¿

+¿ H3O¿

¿¿

※有效數字為 4 位

 不同溶液的吸收光譜圖

pH1 = 4.464

(12)

七、問題與討論

1. 試討論以吸收光光譜法測定混合物之組成的必要條件。

 Beer 定律的限制

1. 溶液必須是一個均質的溶液,不能存在不均勻的現象。

2. 溶液當中的分子彼此之間不互相作用,例如稀薄溶液。

3. 溶質分子不會因入射光的照射而進行反應。

4. 溶液必須是澄清的,也就是說不能產生散射現象。

5. 僅考慮光的吸收,忽略光的散射、反射等行為。

6. 光源使用單色的平行光。也就是每一束光是相同的波長,且通過相同長 度的介質溶液,因為莫耳吸收係數會隨著波長而有所不同。

當單色光通過厚度一定、均勻的吸收溶液時,該溶液對光的吸收程度 與溶液中物質的濃度 c 成正比,即 A=εbc

( 莫耳吸收係數 ε,光徑長 b,吸光物質的濃度 c )

2. 本實驗所測得的 pH 值與酸鹼度計測得的 pH 值有何差異?試討論。

 本實驗測得的 pH 值與酸鹼度計測得的 pH 值差異不大,約 1%,證明了我們 也可以利用吸光值,來推算出溶液中不同分子的濃度,進而求得 pH 值。

(13)

八、心得

這次的實驗很輕鬆,配完溶液就只要等數據跑好就行了,只是以前真的沒想 過可以用吸光值來推算 pH 值,這就是實驗有趣的地方吧,可以用各種方法來解 決相同的問題,有無限種可能。這次的誤差值很小,這次用分光光度計偵測的 數值可能比較精確,人為誤差減少了許多。

九、實驗照片及數據 1. 實驗照片

待測溶液—

blue(base)、yellow(acid)、green(buffer)

用 pH meter 測 buffer 的 pH 值

(14)

裝填溶液 開始用分光光度計測定

(15)

2. 吸光值數據(掃描範圍 400nm~700nm)

波長(nm) Blue(base) Yellow(acid) Green(buffer)

400 0.1225 0.1644 0.1509

401 0.1223 0.1674 0.1530

402 0.1216 0.1700 0.1544

403 0.1210 0.1726 0.1559

404 0.1202 0.1759 0.1579

405 0.1189 0.1785 0.1596

406 0.1174 0.1817 0.1612

407 0.1163 0.1848 0.1629

408 0.1145 0.1878 0.1644

409 0.1130 0.1906 0.1658

410 0.1117 0.1931 0.1671

411 0.1094 0.1959 0.1684

412 0.1074 0.1988 0.1697

413 0.1050 0.2020 0.1710

414 0.1025 0.2049 0.1724

415 0.1000 0.2079 0.1737

416 0.0974 0.2103 0.1744

417 0.0954 0.2128 0.1755

418 0.0928 0.2153 0.1765

419 0.0899 0.2177 0.1772

420 0.0871 0.2204 0.1781

421 0.0842 0.2227 0.1789

422 0.0814 0.2252 0.1796

423 0.0784 0.2277 0.1803

424 0.0758 0.2297 0.1809

(16)

434 0.0495 0.2468 0.1845

435 0.0470 0.2474 0.1842

436 0.0450 0.2488 0.1843

437 0.0430 0.2493 0.1844

438 0.0411 0.2504 0.1845

439 0.0392 0.2510 0.1841

440 0.0378 0.2516 0.1841

441 0.0365 0.2520 0.1840

442 0.0348 0.2521 0.1836

443 0.0336 0.2523 0.1833

444 0.0324 0.2519 0.1826

445 0.0309 0.2521 0.1823

446 0.0302 0.2519 0.1819

447 0.0288 0.2515 0.1811

448 0.0284 0.2509 0.1807

449 0.0276 0.2501 0.1799

450 0.0272 0.2500 0.1797

451 0.0264 0.2488 0.1786

452 0.0261 0.2478 0.1781

453 0.0258 0.2468 0.1771

454 0.0256 0.2455 0.1762

455 0.0254 0.2440 0.1753

456 0.0252 0.2424 0.1741

457 0.0254 0.2408 0.1730

458 0.0253 0.2392 0.1720

459 0.0257 0.2375 0.1709

460 0.0261 0.2355 0.1696

461 0.0263 0.2344 0.1688

462 0.0267 0.2319 0.1674

463 0.0271 0.2298 0.1663

464 0.0275 0.2277 0.1646

465 0.0281 0.2251 0.1632

466 0.0285 0.2229 0.1617

(17)

470 0.0311 0.2125 0.1553

471 0.0318 0.2095 0.1537

472 0.0326 0.2064 0.1517

473 0.0333 0.2039 0.1504

474 0.0339 0.2015 0.1489

475 0.0348 0.1989 0.1474

476 0.0358 0.1966 0.1460

477 0.0365 0.1932 0.1439

478 0.0375 0.1900 0.1423

479 0.0384 0.1868 0.1401

480 0.0396 0.1834 0.1384

481 0.0408 0.1801 0.1363

482 0.0419 0.1768 0.1344

483 0.0430 0.1733 0.1323

484 0.0445 0.1697 0.1302

485 0.0454 0.1667 0.1287

486 0.0463 0.1640 0.1273

487 0.0478 0.1605 0.1251

488 0.0494 0.1569 0.1232

489 0.0507 0.1532 0.1211

490 0.0521 0.1498 0.1190

491 0.0538 0.1464 0.1174

492 0.0551 0.1427 0.1151

493 0.0568 0.1391 0.1132

494 0.0584 0.1358 0.1113

495 0.0600 0.1323 0.1096

496 0.0614 0.1295 0.1080

(18)

506 0.0804 0.0977 0.0919

507 0.0822 0.0950 0.0907

508 0.0840 0.0926 0.0897

509 0.0862 0.0896 0.0883

510 0.0887 0.0869 0.0871

511 0.0910 0.0839 0.0859

512 0.0934 0.0815 0.0848

513 0.0958 0.0785 0.0834

514 0.0982 0.0757 0.0825

515 0.1008 0.0732 0.0814

516 0.1031 0.0710 0.0806

517 0.1053 0.0690 0.0799

518 0.1077 0.0665 0.0790

519 0.1101 0.0647 0.0783

520 0.1122 0.0626 0.0777

521 0.1151 0.0603 0.0770

522 0.1180 0.0582 0.0763

523 0.1209 0.0558 0.0758

524 0.1238 0.0537 0.0751

525 0.1272 0.0518 0.0747

526 0.1301 0.0497 0.0744

527 0.1333 0.0477 0.0740

528 0.1364 0.0458 0.0736

529 0.1397 0.0440 0.0734

530 0.1429 0.0424 0.0733

531 0.1463 0.0405 0.0731

532 0.1489 0.0392 0.0731

533 0.1517 0.0380 0.0730

534 0.1554 0.0364 0.0730

535 0.1591 0.0350 0.0732

536 0.1628 0.0334 0.0732

537 0.1663 0.0320 0.0735

538 0.1702 0.0304 0.0736

(19)

542 0.1867 0.0254 0.0753

543 0.1907 0.0241 0.0757

544 0.1951 0.0231 0.0764

545 0.1992 0.0223 0.0770

546 0.2039 0.0212 0.0778

547 0.2083 0.0203 0.0787

548 0.2119 0.0194 0.0792

549 0.2157 0.0185 0.0799

550 0.2206 0.0177 0.0808

551 0.2252 0.0169 0.0816

552 0.2299 0.0159 0.0824

553 0.2354 0.0153 0.0838

554 0.2400 0.0143 0.0846

555 0.2452 0.0137 0.0861

556 0.2499 0.0131 0.0866

557 0.2551 0.0124 0.0882

558 0.2597 0.0118 0.0892

559 0.2651 0.0113 0.0908

560 0.2714 0.0104 0.0919

561 0.2753 0.0100 0.0929

562 0.2808 0.0095 0.0942

563 0.2864 0.0092 0.0958

564 0.2915 0.0086 0.0971

565 0.2974 0.0081 0.0986

566 0.3021 0.0077 0.0998

567 0.3068 0.0074 0.1011

568 0.3128 0.0070 0.1028

(20)

578 0.3730 0.0040 0.1200

579 0.3792 0.0038 0.1218

580 0.3858 0.0036 0.1238

581 0.3921 0.0035 0.1257

582 0.3983 0.0032 0.1276

583 0.4046 0.0030 0.1294

584 0.4114 0.0029 0.1315

585 0.4178 0.0027 0.1335

586 0.4242 0.0026 0.1355

587 0.4308 0.0025 0.1375

588 0.4379 0.0023 0.1397

589 0.4449 0.0021 0.1418

590 0.4517 0.0021 0.1439

591 0.4584 0.0021 0.1461

592 0.4642 0.0020 0.1478

593 0.4703 0.0018 0.1497

594 0.4770 0.0017 0.1519

595 0.4842 0.0016 0.1541

596 0.4909 0.0015 0.1563

597 0.4979 0.0014 0.1585

598 0.5045 0.0014 0.1606

599 0.5115 0.0014 0.1629

600 0.5178 0.0013 0.1649

601 0.5245 0.0013 0.1671

602 0.5304 0.0014 0.1689

603 0.5369 0.0012 0.1710

604 0.5425 0.0011 0.1728

605 0.5483 0.0009 0.1747

606 0.5536 0.0010 0.1765

607 0.5592 0.0009 0.1784

608 0.5641 0.0009 0.1800

609 0.5685 0.0009 0.1814

610 0.5722 0.0009 0.1826

(21)

614 0.5825 0.0007 0.1860

615 0.5837 0.0007 0.1864

616 0.5841 0.0006 0.1865

617 0.5839 0.0006 0.1866

618 0.5830 0.0006 0.1863

619 0.5812 0.0006 0.1858

620 0.5787 0.0006 0.1851

621 0.5754 0.0005 0.1841

622 0.5718 0.0006 0.1829

623 0.5667 0.0006 0.1814

624 0.5611 0.0005 0.1796

625 0.5548 0.0005 0.1776

626 0.5483 0.0005 0.1755

627 0.5403 0.0004 0.1730

628 0.5318 0.0004 0.1702

629 0.5227 0.0005 0.1673

630 0.5134 0.0004 0.1644

631 0.5031 0.0004 0.1611

632 0.4924 0.0003 0.1576

633 0.4810 0.0004 0.1540

634 0.4695 0.0004 0.1503

635 0.4571 0.0003 0.1464

636 0.4450 0.0003 0.1424

637 0.4325 0.0003 0.1385

638 0.4199 0.0002 0.1344

639 0.4067 0.0003 0.1302

640 0.3939 0.0003 0.1261

(22)

650 0.2609 0.0001 0.0832

651 0.2480 0.0001 0.0791

652 0.2363 0.0002 0.0753

653 0.2250 0.0001 0.0717

654 0.2142 0.0001 0.0682

655 0.2027 0.0001 0.0644

656 0.1921 0.0001 0.0611

657 0.1821 0.0000 0.0579

658 0.1729 0.0000 0.0549

659 0.1629 0.0001 0.0517

660 0.1538 0.0001 0.0487

661 0.1451 0.0001 0.0459

662 0.1373 0.0001 0.0435

663 0.1293 0.0001 0.0408

664 0.1219 0.0001 0.0385

665 0.1147 0.0001 0.0362

666 0.1071 0.0001 0.0337

667 0.0999 0.0001 0.0314

668 0.0937 0.0001 0.0294

669 0.0876 0.0001 0.0275

670 0.0823 0.0001 0.0257

671 0.0773 0.0000 0.0240

672 0.0723 0.0001 0.0225

673 0.0677 0.0000 0.0210

674 0.0635 0.0001 0.0197

675 0.0597 0.0001 0.0184

676 0.0557 0.0001 0.0172

677 0.0520 0.0001 0.0160

678 0.0486 0.0000 0.0149

679 0.0456 0.0000 0.0140

680 0.0425 0.0000 0.0130

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(23)

686 0.0281 0.0000 0.0084

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698 0.0114 0.0000 0.0029

699 0.0106 -0.0001 0.0027

700 0.0098 -0.0001 0.0024

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