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。实验原理l.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0H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：Hln = H+ 十 in则Ka=H +| n-/HI n若甲基橙的浓度为c,则c=HIn+ In -,则In -=cKa/(ka+H +);HI n= cH +/(ka+H +);甲基橙在酸性和碱性条件下的吸收光谱不

2、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=A HIn+A In-= 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Hln形式存在，存在酸式最大吸收波长入a,在此吸收波长下有cB HIn,则有：A= HIn HI n = HIn 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

3、条件下，甲基橙几乎都以In-形式存在，可以求得酸式摩尔吸光度因此， A=(A HIn/c) cH +/(ka+H +)+( Am-/c) cKa/(ka+H +);整理得:Ka= (A Hin )/(A- A in-)H+ pKa=pH + log(A Hin )/(A- A in-)； 当 log(A Hin -)/(A- A in-)=O 时，即(A Hin -)/(A- A in_)=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(入a或碱式最大吸收波长(直)，固定甲基橙浓AHin+Ain-度，改变pH，进行吸收值的测量，作A-pH曲线，如图1所

4、示。A=2 处，pH = pKa。图1单线作图法计算pKa图2双线作图法计算pKa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

5、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：1定量分析施濬滾解离平衡足相关总式惟算分光光度计使用*11收液am限麻漩怅殉创林uII痴甲化学浴购柠戚线作極测1酸度计使用I 定甲基橙解离常掀）v丿:标粧曲线定聲JEf下介1厳缺耀I L方扶评帝密賠廉系纯诺苯显著! T、卜检验迭 1 性評向I二二二二二二二j废水染料蹄理脱色研究附剂/动丿学宇号令桁臨訓，诙皱宁區观；如J8F如； 吋率测定I单因幸优It进I-股水染許的催化氧化脱色研究 I *（单冈素实輪由宙最件买输柔件I中间产物推测，诜化性能竣证）I-

6、物理脱鱼与化学脫色的方注比祓!田飓附动力学艮囉册果异同） 件囹枚丹妙（基木性M定I环境优学中的应用丄催化性魏证L多学科综合b1知训点J:技能要求四、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（0.1mol/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 pK a的测定

7、（1）吸收曲线（A-入曲线）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0.0704g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-入曲线（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（入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-入曲线（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（入b

8、）上述酸性、碱性甲基橙溶液对应的两条A-入曲线的交点对应等吸收点波长（入e）（2）不同酸度甲基橙溶液的配制及pH测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 氢氧化钠溶液。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

9、pH 的测定。（3）双线作图法计算 pKa分别以 沱、沁为测量波长，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 pKa。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

10、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（ 10 的-4 次方级别的）取不同体积的标准液，分 别放入编号为 1 9 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屆为测量波长，以蒸馏水为空白，分别测定不同

11、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。以尼为测量波长，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。以雇为测量波长，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（対下的工作曲线。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

12、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（ ）= 1 A/A 0X100%（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+-H

13、2O2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2mLH 2O2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 30 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

14、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4000.0110.1724100.0190.1964200.0350.2224300.0610.2444400.1000.2644500.1510.2814600.2190.2924700.2950.2914800.3710.2704900.4410.2345000.4990.1885100.5120.1395200.4910.0925300.4610.0565400.3930.0305500.2670.

15、0155600.1370.0075700.0530.0035800.0200.0015900.0090.0006000.0050.0000.6000.5000.4000.3000.2000.1000.000-0.100系列1 系列2从吸收曲线中可以看到酸式的最大吸收波长为入a为510nm ,入b为460nm,入e为465nm。2、不同酸度甲基橙溶液的配置及pH的测定不同酸度吸收曲线编号pH46051011.340.2190.51221.530.2280.51132.770.2390.44344.100.2930.20654.620.3030.17465.810.3030.15676.580.3

16、040.15087.720.3050.149912.660.2990.1390.60.50.4、A pH曲线0.3亍T亠L系列1系歹卩20.2从A ，_mpH曲线可以 看到两个两0.101ii条曲线交于pH=3.75 ,因35791113此，pKa= pH=3.75。2甲基橙含量测定及方法评估(1) 以入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(*10A-5 )吸光度0.02150.0150.10750.0540.21500.1050.32500.1570.43000.2010.53000.2540.64000.3031.30000.5781.66500.7842.15000.

17、979(2 )以入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(*10A-5)吸光度4.64901.1262.32400.6161.16200.3270.46500.1280.23200.0590.18600.0500.13900.0360.11600.0320.04600.011(4 )对三个实验方法的评估对样品2号进行三次平行试验。实验结果如下吸光度浓度1234750.561 0).566 0.5674700.574 0).577 0.5785101.030 -.034 1.(38123平均4750.00002110.00002130.0000213 ().0000212470

18、0.00002300.00002310.0000231 ().00002315100.00002120.00002130.0000214 ().0000213123波长475nm波长470nm波长510nm2 2S2475=9.82*10a15S2470=4.81*10a152S2510=4.56*10A15S475=9.9*10A8S470=6.94*10A8S510=6.75*10A8n=3n=3n=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=19.00F1号和3号之间F= S2475/S2510=2.15,查表f 大=2，f 小

19、=2，F 表=19.00F2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pH :1.7612.494.3400.9820.9600.99020.0030.0360.00740.0030.0410.00060.0020.0230.00080.0020.0200.002100.0010.0170.003120.0030.0180.0011.010001.000000.990000.980000.970000.960000.95000140.0000.0190.00019-0

20、.003 0()16 -0.0(03240.0000.0140.000t2min0.0(酸0.0碱-0.0中性00.993 (.947 0.96450.956 (.987 0.916100.922 (.992 0.877150.888.008 0.7：74200.851.022 0.579250.809.049 0.339300.706.070 0.163400.699.069 0.(82500.641.068 0.074600.579.064 0.0671、活性炭物理脱色酸性脱色率碱性脱色率中性脱色率0.996950.962500.992930.996950.957291.000000.99

21、7960.976041.000000.997960.979170.997980.998980.982290.996970.996950.981250.998991.000000.980211.000001.003050.983331.003031.000000.985421.000000.997960.988541.00101 一、. *F*一./酸性中性-碱性 -系列41rifabI1520253010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，相比之 下对酸性和中性的 吸附效果尤佳。352、催化氧化脱色酸碱中性0.993 01.947 0.9)640.971 0.920 0.9)320.978 0.913 0.9)320.962 0.920 0.9)220.948 0.907 0.9)290.954 0.899 0.81990.961 0.900 0.9)570.961 0.908 0.9)710.968 0.917 0.9)310.968 0.933 0.