【精品】浙理综合实验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

综合化学实验报告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

应用化学（1）班

I09140108

王倩云

2012年5月11日

一、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.

二、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；

(3）掌握废水中甲基橙物理脱色及催化氧化脱色的原理和过程;

（4）学会单因素法确定最佳实验条件的方法.

三、实验原理

的测定

1、甲基橙pK

a

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：

[In-]=

cK a

K a+[H+] (1)

[HIn]=

c[H+]

K a+[H+] (2)

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=A

HIn+A

In—

=εHIn b[HIn]+εIn—b[In-］ (3)

将（1）(2）带入可得

c[H+] K a+[H+]+

cK a

K a+[H+]

A=εHIn bεIn-b

(4)

其中b为光程，εHIn为酸式摩尔吸光系数,εIn—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=εHIn [HIn ］+εIn —［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（λa）。此时c≌［HIn ］，则

A HIn =εHIn [HIn ］≌εHIn c (5)

其中，A HIn 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εHIn （εHIn =A HIn /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（λb）。此时c≌［In —］，则

A In-=εIn —[In -］≌εIn —c

A In —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εIn —（εIn —=A In —/c)。

将εHIn 、εIn —代入（4)可得出任一pH 条件下，甲基橙溶液的吸光度为

A=A HIn /c HIn]

=c[H +]K a +[H +

]+A In-/c In -] =cK a

K a +[H +]

整理得：

A In-A-A HIn -A

[H +]K a =

A In-

A-A HIn -A

pK a =pH+lg (6)

当

A In-A-A HIn -A lg

=0时，即A In-A-A HIn -A =1（

A HIn +A In-A=2）时p K a=pH 。

利用(6）式可以利用单线作图法或双线作图法进行pKa 的测定，从而得出甲基橙解离常数Ka 。

单线作图法具体为：选择酸式最大吸收波长(λa）或碱式最大吸收波长(λb )，固定甲基橙浓度，改变pH ，进行吸收值的测量，作A —pH 曲线。A HIn +A In-A=

2

处，pH=p K a.

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. 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(λa）。在此吸收波长下，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(λb)，在此吸收波长下，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（λe），在这个波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λa、λb、λe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Fenton试剂。脱色过程中,甲基橙被催化剂激发氧化剂产生的强氧化性自由基所氧化降解。

四、实验仪器与试剂

仪器：分光光度计（UNICOM2000），酸度计，分析天平，磁力搅拌器,吸量管（1mL、5mL，10mL，25mL），容量瓶(50mL，100mL，250mL）.

试剂:未知浓度甲基橙废水,盐酸（6mol/L）,标准缓冲溶液(pH=4.02、9。18),氢氧化钠,醋酸（36%),醋酸钠.

五、实验步骤

1、PKa的测定