甲基橙实验报告

1、甲基橙解离常数的测定、印染废水中甲基橙含量测定及脱色试验一、 实验目的1) 掌握分光光度法测定解离常数的原理及方法2) 掌握甲基橙含量测定方法及方法评估3) 掌握废水中甲基橙物理脱色及催化氧化的原理和过程4) 学会用单因素法确定最佳实验条件的方法。二、 实验原理1.pKa的测定甲基橙解离常数的测定甲基橙存在以下解离平衡:(碱型，偶氮式)黄色 （酸型，锟式）红色以Hln代表甲基橙的酸式结构，In代表甲基橙的碱式结构，则解离平衡为：则 Ka=H+In-/HIn若甲基橙的浓度为c，则c=HIn+ In-,则 In-=cKa/(ka+H+); HIn= cH+/(ka+H+);甲基橙在酸性和碱性条件下

2、的吸收光谱不同，测定甲基橙在酸式和碱式条件下的吸光值，得出不同Ph下的吸光值：A=AHIn+AIn-=HIn bHIn+In- bIn-即 A=HInb cH+/(ka+H+)+In- b cKa/(ka+H+);b为光程，HIn为酸式摩尔吸光度，In- 为碱式吸光度，A为甲基橙的吸光值，实验测定时的b=1cm，因此，A=HIn HIn+In- In-。当溶液为酸式时，溶液几乎全部以HIn形式存在，存在酸式最大吸收波长a,在此吸收波长下有c HIn,则有：A=HIn HInHIn c因此，在强酸条件下，可以求得酸式摩尔吸光度Hin。Hin。=A/c;同理，在强碱条件下，甲基橙几乎都以In-形式

3、存在，可以求得酸式摩尔吸光度In-因此， A=(AHIn/c) cH+/(ka+H+)+( AIn-/c) cKa/(ka+H+);整理得：Ka= (AHIn A)/(A- AIn-)H+pKa=pH + log(AHIn A)/(A- AIn-);当log(AHin A)/(A- AIn-)=0时，即(AHin A)/(A- AIn-)=1，p Ka=pH。利用作图法可以解得pKa。单线作图法具体为：选择酸式最大吸收波长(a)或碱式最大吸收波长(b)，固定甲基橙浓度，改变pH，进行吸收值的测量，作A-pH曲线，如图1所示。处，pH = pKa。图1 单线作图法计算pKa图2 双线作图法计算p

4、Ka双线作图法为：分别选择酸性和碱性吸收波长，固定甲基橙溶液浓度而改变pH，进行吸收值的测量，作A-pH曲线，两条A-pH曲线的交点所对应pH即为pKa，如图2所示。三、 实验背景印染染料废水排放量大、有机物浓度高、难于生化降解，是备受关注的工业废水。甲基橙是常见的印染染料之一，具有较高毒性、难以生物降解。测定甲基橙的解离常数、建立废水中甲基橙含量测定及脱色去除方法具有重要意义。 本实验以甲基橙为研究对象，根据甲基橙溶液的酸碱电离平衡，利用双线作图法测定甲基橙的解离常数；分别在甲基橙酸式最大吸收波长、碱式最大吸收波长和等吸收波长下，建立废水中甲基橙含量测定方法并进行方法评价；利用物理脱色和催化

5、氧化脱色进行废水中甲基橙的脱色研究。涉及知识点及实验技术如下:四、 仪器与试剂仪器：分光光度计(UNICOM 2000)，pH计，磁力搅拌器，吸量管(1mL、2mL、10mL)，容量瓶 (50mL、200mL)，分析天平。甲基橙标准品，未知浓度甲基橙废水和已知浓度甲基橙废水(30 mg/L)，盐酸 (0.1 mol/L)，标准缓冲溶液(pH = 4.00、9.18），氢氧化钠(0.1 mol/L)，醋酸(0.1 mol/L），醋酸钠溶液(0.1 mol/L）。过氧化氢、硫酸亚铁。五、 实验步骤1 pKa的测定(1) 吸收曲线(A-曲线)确定酸式最大吸收波长、碱式最大吸收波长、等吸收点波长称取0

6、.0704g甲基橙，用蒸馏水定容至200mL.配置成母液，备用。移取0.50 mL甲基橙标准母液，用0.1 mol/L盐酸溶液定容至50mL。此时，甲基橙全部以酸式存在，测定A-曲线（测定范围：400-600nm，间隔10nm读取一次吸光度A），确定酸式最大吸收波长(a)。移取0.50 mL甲基橙标准母液，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液定容至50mL。此时，甲基橙全部以碱式存在，测定A-曲线（测定范围：400-600nm，间隔10nm读取一次吸光度A），确定碱式最大吸收波长(b)。上述酸性、碱性甲基橙溶液对应的两条A-曲线的交点对应等吸收点波长(e)。(2) 不同酸度甲基橙溶液的配制及pH测

7、定 配制一系列不同酸度的溶液：0.1 mol/L盐酸溶液、0.05 mol/L盐酸溶液、0.1 mol/L 醋酸溶液、pH = 3.8、4.6、5.6 的醋酸盐缓冲液、pH = 7蒸馏水，0.2 mol/L醋酸钠溶液，0.1 mol/L氢氧化钠溶液。取9个做好标记的50mL容量瓶，分别移取0.5 mL甲基橙标准母液，依次用上述9不同酸度溶液进行定容，得到不同酸度的甲基橙溶液。依据酸度降低，得出1-9甲基橙样品。酸度计采用两点法进行校准后，进行1-9甲基橙样品pH的测定。(3) 双线作图法计算pKa分别以a、b为测量波长，测量1-9号样品的吸光值，绘制两条A-pH曲线，两线交点对应的pH即为pK

8、a。2甲基橙含量测定及方法评价(1) 不同浓度酸性、碱性甲基橙溶液及样品溶液的配置以0.1 mol/L盐酸溶液为介质、配制不同浓度的一系列酸性甲基橙溶液。此时，甲基橙全部以酸式存在。移取甲基橙标准液（10的-4次方级别的）取不同体积的标准液，分别放入编号为19号的50 mL容量瓶中，用0.1 mol/L盐酸溶液定容，得到不同浓度的酸性甲基橙溶液。同时进行样品溶液配置：移取未知浓度甲基橙废水10.00 mL 放入50 mL容量瓶中，用0.1 mol/L盐酸溶液定容（平行三次）。以0.1 mol/L氢氧化钠溶液为介质、配制不同浓度的一系列碱性甲基橙溶液。此时，甲基橙全部以碱式存在。移取甲基橙标准液

9、（10的-4次方级别的）取不同体积的标准液，分别放入编号为19号的50 mL容量瓶中，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液定容，得到不同浓度的碱性甲基橙溶液。同时进行样品溶液配置：移取未知浓度甲基橙废水10.00 mL 放入50 mL容量瓶中，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液定容（平行三次）。(2) 工作曲线绘制及样品含量测量以a为测量波长，以蒸馏水为空白，分别测定不同浓度酸性甲基橙溶液的吸光值，得出酸式最大吸收波长下的工作曲线。测定废水样品吸光度值(平行3次)，根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。以b为测量波长，以蒸馏水为空白，分别测定不同浓度碱性甲基橙溶液的吸光值，得出碱式最大吸收波长下的工作

10、曲线。测定废水样品吸光度值(平行3次)，根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。以e为测量波长，以蒸馏水为空白，选择碱性甲基橙溶液溶液测定吸光值，得出等吸点波长(e)下的工作曲线。测定废水样品吸光度值(平行3次)，根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。(3) 方法评价当置信度为95%时，采用F检验判断是否存在精密度的显著性差异，再利用T检验法判断三个波长下所得废水中甲基橙含量是否存在系统误差。3废水中甲基橙的脱色研究脱色率()1A/A0100%(1) 活性炭物理脱色脱色动力学曲线的绘制及脱色率计算在pH分别为1.76、4.34、12.49的甲基橙的初始吸光度约为1的条件下进行实验。将200mL含甲基

11、橙的废水倒入烧杯中，加入活性炭，活性炭投加量为6 g/L，磁力搅拌吸附。吸附开始后，前15分钟每隔2 min取样，后15分钟每隔5 min取样，取样后立即过滤，使吸附停止，测定滤液在475nm的吸光度，得出脱色动力学曲线(脱色率-时间曲线)及吸附平衡时的脱色率。(2) 催化氧化脱色选择Fe2+-H2O2体系(Fenton试剂)对甲基橙废水进行催化氧化脱色。脱色动力学曲线的绘制及脱色率计算分别取200 mL甲基橙pH为1.76的初始吸光度约为1的两份相同废水加入到250 mL烧杯中，各加入2mLH2O2溶液后，一份加2mL FeSO4，（在30min内逐滴加入）一份不加（做空白），磁力搅拌。前3

12、0分钟每隔5 min取样，后30分钟每隔10min取样。测定溶液在475nm的吸光度，得出脱色动力学曲线(脱色率-时间曲线)及吸附平衡时的脱色率。再在pH为3.42、11.65的条件下做两组相同的实验，得出脱色动力学曲线(脱色率-时间曲线)及吸附平衡时的脱色率。 (3) 物理脱色与催化氧化脱色对比比较物理脱色法与催化氧化脱色法在脱色速率、脱色效果上的差异。六、 结果与讨论1甲基橙pKa的测定1、 甲基橙的吸收曲线波长nmA吸光值B吸光值4000.011 0.172 4100.019 0.196 4200.035 0.222 4300.061 0.244 4400.100 0.264 4500.

13、151 0.281 4600.219 0.292 4700.295 0.291 4800.371 0.270 4900.441 0.234 5000.499 0.188 5100.512 0.139 5200.491 0.092 5300.461 0.056 5400.393 0.030 5500.267 0.015 5600.137 0.007 5700.053 0.003 5800.020 0.001 5900.009 0.000 6000.005 0.000 从吸收曲线中可以看到酸式的最大吸收波长为a为510nm，b为460nm，e为465nm。2、 不同酸度甲基橙溶液的配置及pH的测定

14、不同酸度吸收曲线编号pH46051011.340.2190.51221.530.2280.51132.770.2390.44344.100.2930.20654.620.3030.17465.810.3030.15676.580.3040.15087.720.3050.149912.660.2990.139ApH曲线从ApH曲线可以看到两个两条曲线交于pH=3.75，因此，pKa= pH=3.75。2甲基橙含量测定及方法评估（1）以a测定波长，绘制工作曲线，绘制工作曲线并测定样品含量浓度（*10-5）吸光度0.0215 0.0150.1075 0.0540.2150 0.1050.3250 0

15、.1570.4300 0.2010.5300 0.2540.6400 0.3031.3000 0.5781.6650 0.7842.1500 0.979（2）以b测定波长，绘制工作曲线，绘制工作曲线并测定样品含量浓度(*10-5)吸光度4.64901.1262.32400.616 1.1620 0.327 0.4650 0.128 0.2320 0.059 0.1860 0.050 0.1390 0.036 0.1160 0.032 0.0460 0.011 （4）对三个实验方法的评估对样品2号进行三次平行试验。实验结果如下:123平均4750. 0. 0. 0. 4700. 0. 0. 0.

16、 5100. 0. 0. 0. 吸光度 浓度1234750.561 0.566 0.567 4700.574 0.577 0.578 5101.030 1.034 1.038 1 2 3波长475nm 波长470nm 波长510nmS2475=9.82*1015 S2470=4.81*1015 S2510=4.56*1015S475=9.9*108 S470=6.94*108 S510=6.75*108n=3 n=3 n=3F法检验：1号和2号之间 F= S2475 /S2470=2.04,查表f大=2，f小=2，F表=19.00F 1号和3号之间 F= S2475 /S2510=2.15,查

17、表f大=2，f小=2，F表=19.00F 2号和3号之间 F= S2475 /S2510=1.05,查表f大=2，f小=2，F表=19.00F所以三种方法不存在显著性差异。T检验法3废水中甲基橙的脱色研究酸碱中性 pH1.7612.494.3400.982 0.960 0.990 20.003 0.036 0.007 40.003 0.041 0.000 60.002 0.023 0.000 80.002 0.020 0.002 100.001 0.017 0.003 120.003 0.018 0.001 140.000 0.019 0.000 19-0.003 0.016 -0.003 2

18、40.000 0.014 0.000 290.002 0.011 -0.001 1、活性炭物理脱色酸性脱色率碱性脱色率中性脱色率0.996950.962500.992930.996950.957291.000000.997960.976041.000000.997960.979170.997980.998980.982290.996970.996950.981250.998991.000000.980211.000001.003050.983331.003031.000000.985421.000000.997960.988541.00101由实验结果可以知道，物理活性炭的脱色效果总体都比较好

19、，相比之下对酸性和中性的吸附效果尤佳。2、 催化氧化脱色t/min酸碱中性00.993 0.947 0.964 50.956 0.987 0.916 100.922 0.992 0.877 150.888 1.008 0.774 200.851 1.022 0.579 250.809 1.049 0.339 300.706 1.070 0.163 400.699 1.069 0.082 500.641 1.068 0.074 600.579 1.064 0.067 空白试验酸碱中性0.993 0.947 0.964 0.971 0.920 0.932 0.978 0.913 0.932 0.962 0.920 0.922 0.948 0.907 0.929 0.954 0.899 0.899 0.961 0.900 0.957 0.961 0.908 0.971 0.968 0.917 0.931 0.968 0.933 0.966 除去空白实验之后的脱色率结果时间酸碱中性50.059 -0.014 0.083 100.087 -0.012 0.123 150.13