下列有关金属离子指示剂的理论变色点的mathrm(pM)与lg K_(mathrm{MIn)}和lg alpha_(mathrm{In(H))}的关系叙述错误的是( )A. mathrm(pM) = lg K_(mathrm{M)}}- lg alpha_(mathrm{In(H))}B. mathrm(pM) = lg (K_(mathrm{MIn)} / alpha_(mathrm{In(H))})C. mathrm(pM) = lg K_(mathrm{MIn)}' - lg alpha_(mathrm{In(H))}D. mathrm(pM) = lg K_(mathrm{MIn)}'
A. $\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{M}}}- \ \lg \alpha_{\mathrm{In(H)}}$
B. $\mathrm{pM} = \lg (K_{\mathrm{MIn}} / \alpha_{\mathrm{In(H)}})$
C. $\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}}' - \lg \alpha_{\mathrm{In(H)}}$
D. $\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}}'$
题目解答
答案
解析
本题考查金属离子指示剂理论变色点的$\mathrm{pM}$与$\lg K_{\mathrm{MIn}}$和$\lg \alpha_{\mathrm{In(H)}}$的关系,解题的关键在于理解金属离子指示剂的变色原理以及相关稳定常数和副反应系数的概念,并通过推导得出理论变色点$\mathrm{pM}$的表达式。
1. 明确金属离子指示剂的变色原理
金属离子指示剂(In)与金属离子(M)形成配合物(MIn),其反应为:$\mathrm{M + In \rightleftharpoons MIn}$。当达到变色点时,溶液中游离指示剂$\mathrm{In}$和金属 - 指示剂配合物$\mathrm{MIn}$的浓度相等,即$[\mathrm{In}] = [\mathrm{MIn}]$。
2. 推导理论变色点$\mathrm{pM}$的表达式
金属 - 指示剂配合物的条件稳定常数$K_{\mathrm{MIn}}'$的表达式为:$K_{\mathrm{MIn}}'=\frac{[\mathrm{MIn}]}{[\mathrm{M}][\mathrm{In}]}$。
因为在变色点$[\mathrm{In}] = [\mathrm{MIn}]$,所以$K_{\mathrm{MIn}}'=\frac{[\mathrm{MIn}]}{[\mathrm{M}][\mathrm{In}]}=\frac{1}{[\mathrm{M}]}$。
两边取对数可得:$\lg K_{\mathrm{MIn}}' = -\lg [\mathrm{M}]$,而$\mathrm{pM}=-\lg [\mathrm{M}]$,所以$\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}}'$,故选项D正确。
3. 分析$K_{\mathrm{MIn}}'$与$K_{\mathrm{MIn}}$、$\alpha_{\mathrm{In(H)}}$的关系
$K_{\mathrm{MIn}}'$与绝对稳定常数$K_{\mathrm{MIn}}$和指示剂的酸效应系数$\alpha_{\mathrm{In(H)}}$的关系为:$K_{\mathrm{MIn}}'=\frac{K_{\mathrm{MIn}}}{\alpha_{\mathrm{In(H)}}}$。
两边取对数可得:$\lg K_{\mathrm{MIn}}' = \lg K_{\mathrm{MIn}} - \lg \alpha_{\mathrm{In(H)}}$。
又因为$\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}}'$,所以$\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}} - \lg \alpha_{\mathrm{In(H)}}$,故选项A正确。
将$\lg K_{\mathrm{MIn}}' = \lg K_{\mathrm{MIn}} - \lg \alpha_{\mathrm{In(H)}}$代入$\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}}'$,可得$\mathrm{pM} = \lg (K_{\mathrm{MIn}} / \alpha_{\mathrm{In(H)}})$,故选项B正确。
4. 判断选项C的正确性
由前面的推导可知$\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}}'$,而不是$\mathrm{pM} = \lg K_{\mathrm{MIn}}' - \lg \alpha_{\mathrm{In(H)}}$,所以选项C错误。