甲基橙实验.docx

甲基橙解离常数测定、印染废水中甲基橙含量测定及脱色实验一、实验背景1、 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价(F、T检验法)；(3) 掌握废水中甲基橙物理脫色及催化氧化脫色的原理和过程;2、 实验原理1、pK的测定a(1) 甲基橙解离常数测定甲基橙是一种典型的偶氮染料，存在下列解离平衡：(碱型，偶氮式)黄色 (酸型，锟式)红色以HIn代表甲基橙的酸式结构，In-代表甲基橙的碱式结构，则解离平衡简式为:HIn ・■ H++In-则 Ka = [H+][In—]/[HIn]若甲基橙总浓度为c,则c = [HIn] + [In-]，所以就有：cK(1)aK +[H+]a[HIn] =c[H+]K +[H+]a甲基橙的酸式和碱式具有不同颜色即具有不同的吸收光谱利用分光光度法，将酸式、 碱式甲基橙的吸光度叠加，得出不同pH下甲基橙溶液吸收值为：A =AHIn + A In-= £HIn b [HIn] + £ In- b [In-] 将(1)(2 )带入可得A=£HInbc[H+] K +[H+]acK a K +[H+]a其中b为光程,e HIn为酸式摩尔吸光系数，e In-为碱式摩尔吸光系数，A为甲基橙溶液的吸光值。

当b为1cm时，上式简化为A = £HIn [HIn] + &In [In-]当溶液为强酸 性条件(pH较低)时，甲基橙几乎全部以酸型HIn存在，存在酸式最大吸收波长(入a)此时 c9[HIn],贝AHIn = £HIn[HIn] = £HIn c其中，AHIn为强酸性条件下甲基橙溶液的吸光值因此，测定强酸性条件下，一定已 知浓度甲基橙溶液的吸光度，可得出酸式摩尔吸光系数&HIn (£HIn = AHIn/c)当溶液为强酸性条件(pH较高)时，甲基橙几乎全部以碱型In-存在，存在碱式最大吸收 波长(入b)此时c= [In-]，贝Ain-二£lrr[In-] = eIn-c，其中AIn-为强碱性条件下甲基 橙溶液的吸光值因此，测定强碱性条件下，一定已知浓度甲基橙溶液的吸光度，可得出碱 式摩尔吸光系数eIn- (&In-二AIn-/c)将&HIn、&In-代入(4)可得出任一 pH条件下, 甲基橙溶液的吸光度为c[H+]cKIn-] = a+ AIn-/c Ka+[H+]整理得:A _ An _0 时,InK = Affln-A [H+]a A-AInAttj-A PKa=PH+lgJHrInAHIn-A— _1 /A_ AHIn+AIn即 A-A 一1 (A_ 2In当lg利用(6)式可以利用双线作图法进行pKa的测定，从而得出甲基橙解离常数K。

双线作a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1所示)时 pKa = pH图1 双线作图法计算pKa(2) 甲基橙含量测定及方法评价当溶液pH较低时，甲基橙几乎全部以酸型HIn存在，存在酸式最大吸收波长(入)在a此吸收波长下，一定浓度范围内的甲基橙溶液，吸光度与浓度服从郎伯■比尔定律，可以进 行定量分析当溶液pH较咼时，甲基橙几乎全部以碱型In-存在，存在碱式最大吸收波长(入)，在b 此吸收波长下，一定浓度范围内的甲基橙溶液，吸光度与浓度服从郎伯-比尔定律服从郎伯- 比尔定律，可以进行定量分析酸性吸收曲线和碱性吸收曲线之间存在一个交叉点，即等吸收点波长(入)，在这个波e长下一定浓度范围内的甲基橙溶液，在任何酸碱性条件下，吸光度与浓度均服从郎伯■比尔 定律，可以进行定量分析利用逐级稀释法配置一系列不同浓度的酸性或碱性甲基橙标准溶液，在入a、入b、入e 下，建立三条甲基橙浓度-吸光度工作曲线，可分别进行甲基橙含量分析当置信度为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计算出 的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染料 废水的处理方法很多，主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等其中，物理吸附法 是利用吸附剂对废水中染料的吸附作用去除污染物吸附剂是多孔性物质，具有很大的比表 面积•活性炭是目前最有效的吸附剂之一，能有效去除废水中的染料以过渡金属为催化剂、 以过氧化氢为氧化剂的催化氧化体系是目前广泛应用的染料脱色体系该体系对染料氧化彻 底，不会带来二次污染过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化体系是常用的废水脱色体系， 通常称为Fen ton试剂在催化剂作用下，H202能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和 传播自由基链反应，加快还原性物质的氧化°Fenton试剂中，FeS04只是催化H2O2产生羟 基自由基，本身并不起作用但是，FeS04的加入方式会影响脱色效果二、仪器与试剂分光光度计(UNICOM 2000),酸度计，磁力搅拌器，吸量管(10mL),容量瓶(50mL, 250mL)、 玻璃棒、胶头滴管、烧杯，移液管，量杯甲基橙固体，未知浓度甲基橙废水，浓盐酸，氢氧化钠固体，活性炭，30%的双氧水， 硫酸亚铁固体，蒸馏水，醋酸，醋酸钠固体。

三、实验步骤1. pK的测定a(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a. 准确称取甲基橙固体0.1151g,将其进行溶解，用蒸馏水定容至250mL的容量瓶中， 摇匀b. 准确移取a中的甲基橙溶液25.00mL于250mL的容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀得到 甲基橙标准液(1.406X 10-4mol/L)c. 用量杯量取浓盐酸& 3ml于盛有蒸馏水的烧杯中，并用蒸馏水稀释至lL(0.1mol/L)； 称取4.00g氢氧化钠固体溶于40ml蒸馏水中，并用蒸馏水稀释至IL (0.1mol/L)d. 用吸量管准确移取甲基橙标准液5.00mL于100mL容量瓶中，并用0.1mol/L的盐酸定 容，摇匀此时，甲基橙全部以酸式存在测定其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)为510nme. 用吸量管准确移取甲基橙标准液5.00mL于100mL容量瓶中，并用0.1mol/L的氢氧化 钠定容，摇匀此时，甲基橙全部以碱式存在测定其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a)为460nm。

f. 绘制上述两条A-入曲线，并得出两条曲线的交点对应的等吸收波长(入e)为470nm2) 不同酸度甲基橙溶液的配制及pH测定1. 配制一系列不同酸度的溶液：a. 0.05 mol/L盐酸溶液取(1)中c步骤配置的盐酸溶液25ml与25ml蒸馏水混合于烧杯中，搅匀b. 0.2mol/L 的 HAc 溶液(pH~3)用量杯量取3ml冰醋酸于100ml蒸馏水中，然后稀释到250mlc. 0.2mol/L 的 NaAc 溶液(pH~8)称取4.1g NaAc固体溶解于30ml蒸馏水，然后稀释到250mld. pH=4的醋酸-醋酸钠缓冲溶液分别取c中的HAc溶液9ml和d中的NaAc溶液41ml混合于烧杯中，形成缓冲体系，该 体系的pH~4e. pH=5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液分别取c中的HAc溶液35ml和d中的NaAc溶液15ml混合于烧杯中，形成缓冲体系， 该体系的pH~5f. pH=5.6的醋酸-醋酸钠缓冲溶液分别取c中的HAc溶液45.5ml和d中的NaAc溶液4.5ml混合于烧杯中，形成缓冲体系， 该体系的pH~5.6g. 0.01mol/L 的 NaOH 溶液取(1)中c中的5ml 0.1mol/L的NaOH溶液与45ml蒸馏水混合均匀，溶液PH~12。

2. 取9个50mL容量瓶并以此进行标号，分别移取5.00 ml( 1)中b步骤配制的甲基橙标 准溶液(1.406X10-4mol/L),依次用0.1mol/L的盐酸、水和上述7种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号甲基橙样品酸度计采用两点 法进行校准后，进行1-9号甲基橙样品pH的测定3) 双线作图法计算pKa分别以入a、入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pKa2. 甲基橙含量测定及方法评价(1) 不同浓度酸性、碱性甲基橙溶液的配置、已知样及未知样溶液吸光度测定a. 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用吸量管准确移取1.00ml甲基橙标准液于100ml容量瓶中，用0.1 mol/L盐酸溶液稀释定容，摇匀，标号为⑤b. 用吸量管准确移取上述⑤中的甲基橙溶液(1.406X 10-6mol/L) 1.00ml、5.00ml、 10.00ml、25.00ml于50ml容量瓶中分别用0.1mol/L的盐酸溶液进行定容，并标号①~④c. 用吸量管准确移取甲基橙标准溶液(1.406X 10-4mol/L) 1.00ml、2.50ml、5.00ml、 10.00ml、25.00ml于50ml容量瓶中，分别用0.1mol/L的盐酸溶液进行定容，并标号⑦〜⑨。

d. 将上述配制的①〜⑨号溶液按浓度从低到高排列，并以入a=510nm为波长，以蒸馏水 为空白，分别测量其吸光度然后，在同样的波长下，测定3个未知酸样的吸光度，并记录 数据e. 以0.1 mol/L NaOH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 橙全部以碱式存在重复2中(1)步骤中的a-c步骤，然后准确移取25.00ml甲基橙标准 液于50ml容量瓶中，以0.1 mol/L NaOH溶液定容摇匀，标号⑩然后在以入b=460nm下， 测量①~⑩号溶液和3个碱性未知样的吸光度，并记录数据f. 调整波长，在入e=470nm的波长下，以此测量e中溶液的吸光度，并记录数据g. 分别取未知液125ml于250ml的容量瓶中，并分别用0.1mol/L的盐酸溶液和0.1 mol/L NaOH溶液定容，在入a下测定酸性未知样的吸光度，在入b和入e下分别测定碱性未 知液的吸光度，记录数据2) 工作曲线绘制及样品含量的计算分别选用以入a、入b、入e波长下的浓度和吸光度建立A-C曲线，分别选取线性区间计 算六个未知样的浓度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(1) 模拟废水的配制分别配制酸性、中性和碱性的模拟废水500ml，使其初试吸光度A°在1.0左右，然后测 其pH值，并记录A和pH值2) 活性炭物理脱色取150ml碱性样品溶液于250ml烧杯中，加入0.20g活性炭，进行磁力搅拌吸附吸附 开始后，分别在5min、10min、15min、20min、25min取样过滤并在470nm下测吸光度，并 记录数据，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分别取150ml酸性、中性样品溶液于250ml烧杯中，分别加入0.22g活性炭和0.19g 活性炭，进行磁力搅拌吸附吸附开始后，。