铜离子对酒石酸还原六价铬的影响

1、实验报告学院: 理学院 课 程:铜离子对酒石酸还原六价铬的影响班级: 应用化学111班 学号: 23211109 姓 名: 卢风帆 指导教师:铜离子对酒石酸还原六价铬的影响一、 实验目的1、 了解铜离子对酒石酸还原六价铬反应的作用2、 了解铜离子催化酒石酸还原六价铬反应的最佳条件3、 掌握光化学反应仪器的使用方法二、 实验原理铬主要以六价铬和三价铬两种形态存在于自然环境中，其中Cr6+有强氧化性，在环境中的溶解性，迁移性大，具有高毒性；然而Cr3+却具有迁移性小和低毒性的特性。所以，多数情况下对Cr6+的治理采用化学还原法，即将Cr6+还原为Cr3+。 铜离子催化酒石酸还原六价铬离子的原理为：

2、Cu（）+酒石酸（tar） Cu（） tarCu（）tar （光）Cu（）+tarCu（）+Cr（VI） Cu（）+ Cr（）在酸性溶液中，六价铬离子与二苯碳酰二肼反应，生成紫红色络合物，其最大吸收波长为540nm，吸光度与浓度的关系符合比尔定律，用来测定六价铬的量，反应式如下：紫色络合物+ Cr3+ Cr6+ 二苯碳酰二肼  苯肼羟基偶氮苯 本实验主要研究影响铜离子催化酒石酸还原六价铬的因素：光照，pH，Cu2+浓度，酒石酸浓度，温度和酸的种类。同时找出该反应的最佳条件。三、 实验原料及仪器 原料：储备液：cCr(VI)=4mM;c(Cu2+)=8mM;c(tar)=40mM (注

3、：tar表示酒石酸)铬标准液；1:20硫酸；0.25%（W/V）二苯酰二肼（DPC）显色剂氢氧化钠溶液；盐酸溶液；有机酸：酒石酸；苹果酸；乳酸；丁二酸仪器：光化学反应仪；分光光度仪四、 实验步骤1、 测定Cr（VI）的标准曲线向一系列25mL比色管中分别加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.4、1.8mL100M的铬标准溶液后加入1mL1:20硫酸和1mL0.25%的DPC显色剂，用水稀释至10mL,在波长为540nm处测定吸光度，绘制标准曲线。2、 确定最佳实验条件（即各因素的影响） （1）光照的影响在50mL光化学反应管中均加入2mL8mMCu2+溶液，1mL40mM酒石酸溶

4、液，加入离子水35mL左右，用NaOH或HCl调pH=4，再加去离子水至39mL，再加入1mL4mMCr（VI）溶液，使总体积为40mL，Cr（VI）、Cu2+及酒石酸的浓度分别为100M，400M和1mM。快速混合后，置于光化学反应仪中500W氙灯光照反应。转速为500rpm。每隔一定时间取1mL反应液进行Cr（VI）的测定。与避光，不加Cu2+的进行对照。（2）pH的影响 pH分别设为3，4，5，6，其他条件不变。（3）Cu2+浓度的影响Cu2+设为：0，100，200，400，800M(分别取8mMCu2+溶液0，0.5，1.0，2.0，4.0mL），其他条件不变。（4）酒石酸浓度的影响

5、酒石酸浓度设为：0.5，1.0，2.0，4.0mM（分别取40mM0.5，1.0，2.0，4.0mL），其他条件不变。（5）温度的影响温度分别设为15,35，其他条件不变。（6） 酸种类的影响酸分别为：有机酸酒石酸，苹果酸，乳酸，丁二酸，其他条件不变。Cr（VI）的测定：DPC吸光光度法测定在25mL比色管中加入1mL1:20硫酸溶液、1mL0.25%DPC显色剂，加入1mL反应液，用去离子水定容至10mL,摇匀，在波长为540nm处测量其吸光度值，并根据标准曲线计算Cr（VI）浓度。五、 实验数据及分析1、 铬标准曲线Cr（VI）/M0.02.04.08.012016.020.0吸光度A0.

6、0000.0790.1520.3000.4570.6220.770图1 Cr（VI）标准曲线2、 各因素影响（1）pH的影响 pH=3时间/min020406090120150百分率10.87220.75660.62900.37590.14500.0025吸光度0.4070.3550.3080.2560.1530.0590.001 pH=4时间/min020406090120百分率10.73590.62750.42660.14220吸光度0.4430.3260.2780.1890.0630 pH=5时间/min020406090120150百分率10.77590.64390.53770.273

7、60.08020.0024吸光度0.4240.3290.2730.2280.1160.0340.001 pH=6时间/min020406090120150百分率10.89250.850.740.57750.44250.3425吸光度0.40.3570.340.2960.2310.1770.137图2 不同pH对酒石酸还原Cr（VI）的影响所以综上分析得出pH的影响分析Cr（VI）以含氧氧化剂形式存在，其还原需要H+，H+越高，越有利于反应进行。Cu（）+酒石酸（tar） Cu（）tarCu（）tar （光）Cu（）+tarCu（）+Cr（VI） Cu（）+Cr（）在铜离子没有沉淀生成的前提下，

8、pH越高，越易形成配合物，越有利于反应的进行。结合综合考虑，pH=4时反应最快(2) 光照的影响有光，有Cu2+时间/min020406090百分率%10083.462532356.5891472947.028423776.718346253吸光度0.3870.3230.2190.1820.026 有光，无Cu2+时间/min020406090120150百分率%100100.9828104.422610095.331798.280197.5430吸光度0.4070.4110.4250.4070.3880.40.397 避光，有Cu2+时间/min020406090120150百分率%1009

9、5.035599.763698.581699.527299.527298.8180吸光度0.4230.4020.4220.4170.4210.4210.418 避光，无Cu2+时间/min020406090120150百分率%10097.690599.7691100.2310100.2310101.8476103.0023吸光度0.4330.4230.4320.4340.4340.4410.446图3 光照对酒石酸还原Cr（VI）的影响经过实验结果分析光照的影响分析在光照条件下，没加Cu2+，酒石酸对Cr（VI）还原慢甚至几乎不反应，在150min时，Cr（VI）只被还原了2.47%；而加Cu

10、2+，酒石酸对Cr（VI）还原快，在90min时，Cr（VI）就被还原了93.28%，表明在光照下，Cu2+对酒石酸还原Cr（VI）具有促进作用。避光下，加Cu2+和不加Cu2+，Cr（VI）几乎都还原的极少，表明在避光条件下，酒石酸对Cr（VI）还原几乎不进行。（3）Cu2+浓度的影响c(Cu2+)=100M时间/min0236090120150百分率%11.0280.740.6220.5060.378吸光度0.4310.4430.3190.2680.2180.163c(Cu2+)=200M时间/min0236090120150百分率%10.9230.6470.4450.290.07吸光度0

11、.4310.3980.2790.1920.1250.03c(Cu2+)=400M时间/min0236090120150百分率%10.8870.5880.2140.0090.009吸光度0.4340.3850.2550.0930.0040.004c(Cu2+)=800M时间/min0236090百分率%10.8430.3290.007吸光度0.4070.3430.1340.003图4 Cu2+浓度对酒石酸还原Cr（VI）的影响铜离子浓度影响90min时，加c(Cu2+)=100M的标准Cu2+贮备液的溶液38%Cr（VI）被还原，加c(Cu2+)=200M的标准Cu2+贮备液的溶液56%Cr（V

12、I）被还原，加c(Cu2+)=400M的标准Cu2+贮备液的溶液79%Cr（VI）被还原，加c(Cu2+)=800M的标准Cu2+贮备液的溶液99%Cr（VI）被还原，表明铜离子浓度越高，越易形成配合物，反应越快。（4）温度的影响 T=15时间/min020406090120150百分率%10.9350.8230.7480.5690.4210.252吸光度0.4130.3860.3400.3090.2350.1740.104 T=35时间/min020406090100120百分率%10.8750.7580.5740.3430.2420.104吸光度0.3850.3370.2920.2210.

13、1320.0920.040图5 不同温度对酒石酸还原Cr（VI）的影响温度影响分析由实验数据所做的图可知，15时线性方程为y = -0.0051x + 1.0255 35时线性方程为y = -0.0077x + 1.0271k1=0.0051×C01=0.0548umol/(L×min)k2=0.0077×C02=0.0772umol/(L×min)求得活化能（k1/ k2）= -(Ea/R)×(1/T1-1/T2)得Ea=12.64KJ/mol所以反映了35比15更有利于反应的进行。（5）酸种类的影响 酒石酸时间/min02040901201

14、50百分率10.90.7210.3870.0720.007 苹果酸时间/min0204090120150百分率10.6660.6220.4880.3930.316 乳酸时间/min0204090120150百分率10.8180.780.6530.5470.478 丁二酸时间/min0204090120150百分率10.7650.7280.5590.4890.398图6 酸种类对还原Cr（VI）的影响酸种类影响分析由反应数据可知，酒石酸对Cr（VI）还原最快，其次是苹果酸、丁二酸，最后是乳酸。反应了含羟基、羧基的酸对Cr（VI）还原具有促进作用；相同的酸，羟基越多，反应越快；同时，羧基的促进作用

15、比羟基大。 （6）酒石酸浓度的影响 c（tar）=0.5mM时间/min020406090120百分率%10.8240.670.5220.330.049 c(tar)=1.0mM时间/min020406090百分率%10.7260.5750.3710.127 c(tar)=2.0mM时间/min020406090百分率%10.7760.6390.420.224 c(tar)=4.0mM时间/min020406090百分率%10.7780.5780.290.02图7 酒石酸浓度对其还原Cr（VI）的影响酒石酸浓度影响分析90min时，加c（tar）=0.5mM的标准酒石酸储备液的溶液67%Cr（

16、VI）被还原，加c(tar)=1.0mM的标准酒石酸储备液的溶液87%Cr（VI）被还原，加c(tar)=2.0mM的标准酒石酸储备液的溶液77.6%Cr（VI）被还原，加c(tar)=4.0mM的标准酒石酸储备液的溶液98%Cr（VI）被还原。明显可看出其中c(tar)=2.0mM时数据有点反常，可能是测量时出现一点错误导致的，但对分析不造成大的困扰，舍去。得出酒石酸浓度越高，越易形成配合物，反应越快。六、 实验心得这次的实验本是一次探索实验，由于各方面的条件限制，我们只是在别人的基础上进行验证，这样节约了大量的实验时间。通过这个实验，我们明白了对一个反应的进行影响可能是来自各方各面的，这需要我们不断的摸索以及通过类似的实验进行大胆的猜想，然后去设计一些列的实验去验证它是否符合我们的猜想。这次的实验给我们一个模板，让我们有了更多这方面的经验，这对我们来讲是至关重要的，有了这次的经验后，以后遇到类似的情况，我们就可以独立自主的设计