(2)呈过渡色,,oaBBH
cccc则?
H=pK;(3)呈碱型色,则,,H,pK。
,,oaoaBBBHBH
表1用于测表面酸性的Hammett指示剂
颜色
pK指示剂a碱型酸型
+6.8中性红黄红
+4.8甲基红黄红
+4.0苯偶氮基萘胺黄红
+3.3对-二甲氨基偶氮苯(二甲黄)黄红
+2.02-氨基-5-偶氮甲苯黄红
+1.5苯偶氮二苯胺棕黄紫
+1.24-二甲基胺偶氮-1-萘黄红
+0.8结晶紫蓝黄
对-硝基苯偶氮-(对′-硝基)-+0.43橙紫
二苯胺
-3.0二苯基壬四烯酮橙黄砖红
-5.6亚苄基乙酰苯无黄
-8.2蒽醌无黄
-10.102,4,6-三硝基苯胺无黄
-11.35对-硝基甲苯无黄
-11.99间-硝基甲苯无黄
-12.44对-硝基氟苯无黄
-12.70对-硝基氯苯无黄
-13.16间-硝基氯苯无黄
-13.752,4-二硝基甲苯无黄
-14.522,4-二硝基氟苯无黄
-16.041,3,5-三硝基甲苯无黄
这样,便可用指示剂的pK值来表示H值。
指示剂的共轭酸的pK值愈小,其aoa碱性愈弱,能使其质子化成酸型的固体酸则愈强。
于是选用一系列碱性由强到弱,其共轭酸的pK值由大到小的指示剂与固体酸作用,通过颜色变化便可确定固体a
酸的酸强度范围。
能用作这类碱性指示剂的指示剂物种需满足条件:
一是其酸型色与碱型色间有明显的变化;二是酸型与碱型的活度系数之比为一常数,即
fff,,,BHBHBH312,,,,,,,,(6)fffBBB123
式中B、B、B表示不同的指示剂。
所谓Hammett指示剂是指能满足上述要求的123
指示剂,常用Hammett指示剂见表1。
严格来说,酸度函数H只能用于表征B酸;虽然L酸也能使某些指示剂变色,o
但引起变色的酸强度则不一定能用该指示剂的pK值表示。
对于L酸强度,不仅与a
其内在的接受电子对形成共价键的能力有关,而且受到固有的配位能力和吸附分子空间位阻的强烈影响,所以,H应用于L酸强度是有一定限度的。
o
1.1.2酸量:
固体固体表面酸的酸量一般表示为固体单位重量或单位面积上所含酸中心数或毫摩尔数。
按实际需要可用不同的单位,如单位质量或单位表面积样品上
2酸位的量,记作mmol/g或mmol/cm(毫摩尔每克或毫摩尔每平方厘米),又如对沸石样品,可用单位晶胞上的酸位数表示。
1.1.3酸强度分布:
固体表面酸的酸量(酸量随酸强度的分布)通过有机胺滴定法测得:
采用已知pK值的吸附指示剂,以碱强度比指示剂强的有机胺(最常用的是正丁胺,也a
可按实际需要选用别的胺,如测沸石外表面酸性用三丁基胺等)做滴定剂,对悬浮在惰性溶剂中的固体酸粉末进行滴定;吸附在固体酸表面的指示剂呈酸型色,使指示剂刚刚恢复到过渡型色时的胺的滴定度,即为酸强度H小于或等于该指示o
剂的pK值的酸量;用具有不同pK值的指示剂进行滴定可以测定出不同酸强度范aa
围的酸量-酸强度分布。
由于胺滴定法中的反应是在两相间进行的,达到反应平衡比较费时,特别是快到等当点时,每加一滴滴定剂都需等待一定时间,要完成
一个酸碱滴定相当费时,要测酸量-酸强度分布耗时更多;为此发展了一种称“渐近法”的技术来测定酸强度分布,其原理如下:
称取若干份等质量的样品,依次加入滴定度成等差的正丁胺溶液,使各份样品被中和的程度不同,由不足到接近等当点到过量。
经充分振荡达到平衡后,再分别取样加入指示剂,检查每份样品分别与各指示剂作用后颜色的变化,确定由不同指示剂滴定得到的等当点。
当试验用样品的份数不够多时,各份样品的滴定度间隔较大,得到的等当点是比较粗的;这时,须再按需要称取若干份样品,在初测得到的等当点附近截取适当的滴定度范围,按上述方法再进行滴定,直到测得的等当点范围足够窄为止。
与普通的酸碱滴定比,固体表面酸的滴定有以下特点。
(1)反应达到平衡比较慢,要多采取措施加快平衡的到达。
(2)固体表面酸会含有比较强的酸位需用非常弱的碱性指示剂(如pK?
-3)a
+进行滴定。
这些指示剂的碱性会比HO(其共轭酸HO的pK=-1.7)弱,23a
HO的存在会与指示剂发生竞争吸附,中毒酸强度H?
-1.7的酸中心而干2o
扰测定结果;所以所用试剂都需脱水干燥,操作过程中应防止样品暴露
于大气中。
(3)用作滴定剂的正丁胺能与B酸和L酸反应,所测得酸量是两种酸之和。
3仪器及实验操作:
3.1仪器设备与试剂
表2仪器设备
名称数量备注
1超声波发生器
1干燥器用于存贮样品、指示剂等
带塞10ml小试管若干至少15支
2100ml容量瓶
2200ml锥形瓶
带塞磨口玻璃瓶若干装指示剂溶液用
15m注射器
12m注射器
11ml注射器
120ml移液管
110ml移液管
125ml滴定管
表3试剂
名称级别
苯分析纯
高氯酸氢钾分析纯
正丁胺分析纯
冰醋酸分析纯
醋酸酐分析纯3.2溶液的配制与标定:
3.2.1正丁胺-苯溶液配制与标定
以0.01mol/L正丁胺-苯溶液配制与标定为例
3.2.1.10.01mol/L高氯酸-冰醋酸溶液配制与标定
50ml冰醋酸加入100ml容量瓶中,接着加入2.2ml马路醋酸酐,摇匀,然将
后加入0.9ml70%的高氯酸,最后再以冰醋酸稀释至刻度,摇匀,放置数小时后补加冰醋酸至刻度、再次摇匀,放置过夜。
所用的苯二甲酸氢钾预先经110-120?
干燥2小时,然后准确称取两份(各约0.04g)分别置于清洁干燥的锥形瓶中,加入4.0ml冰醋酸,微微加热待其全部溶解后,滴加2到3滴0.5%甲基紫指示剂,然后以配制成的高氯酸-冰醋酸溶液滴定,当溶液由紫色变为蓝绿色时即为终点,记下滴定所消耗的高氯酸-冰醋酸溶液的
M体积读数V,按下式计算其摩尔浓度:
1chl
苯二甲酸氢钾重量(g)1000,M,(10)chl204.21(),Vml1
3.2.1.20.01mol/L正丁胺-苯溶液配制与标定
用移液管移取1.0ml比重0.7390-0.7395的正丁胺于100ml容量瓶中,以经过5A分子筛干燥脱水的苯稀释至刻度,混合后放置过夜。
准确移取上述已配制成的正丁胺-苯溶液20ml于锥形瓶,用已标定的标准高氯酸-冰醋酸溶液进行标定,并记下滴定消耗的高氯酸-冰醋酸溶液体积读数V根2据下式计算正丁胺-石油醚溶液的摩尔浓度M:
bna
MVchl2M,(11)bna20()ml
滴定时务须仔细缓慢,以防白色烟雾喷出影响滴定结果。
3.2.30.1%指示剂苯溶液配制
称取0.0439g各种Hammett指示剂,以50ml预先经5A分子筛干燥脱水处理的苯溶解后即得各种指示剂溶液。
3.3.滴定操作步骤:
3.3.1测酸强度:
第一步:
将待测样品过100目筛(最好过300目以上)并按要求的活化条件进行活化,置保干器冷却到室温。
第二步:
用活化过的A型分子筛将用做催化剂样品悬浮溶剂的苯进行干燥。
第三步:
快速称量0.1g样品放进透明无色的小试管中,加入约2ml溶剂覆盖,加入几滴指示剂的苯溶液,摇动,观察样品表面颜色的变化;从pK值最小的指a示剂试验起,按pK值由小到大的顺序进行试验。
a
若指示剂呈酸型色,则样品的酸度函数H等于或低于该指示剂的pK,这样,oa其它pK较大的指示剂不用试了。
若呈碱型色,说明样品的酸强度为H>pK,需aoa按pK顺序试验下一个指示剂,直到能使其呈酸型色,则样品酸强度为H?
pK。
aoa例如某固体酸能使1,3,5-三硝基甲苯呈黄色,则此样品为固体超强酸H?
-16.04。
o如某样品不能使亚苄基乙酰苯变色而能