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
25页1、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08 应用化学(2)班_2011 年_月_ 日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前言 1一、 实验设计思路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: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 1、 pK a的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
2、)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:HInH+In-则 Ka = H+In -/HIn 若甲基橙总浓度为 c,则 c = HIn + In-,所以就有: (1)In- =cKaa+H+ (2)HIn=c+KaH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-(3)将(1)(2)带入可得 (4)cH+Ka+cKaa+H+A=HInbIn-b其中 b 为光程, HIn为酸式摩尔吸光系数, 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(a)。此时 cHIn,则 AHIn = HInHIn HIn 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
3、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(b)。此时 c In -,则 AIn-= In-In- In-cAIn-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 In- ( In- = 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A = AHIn/c + AIn-/c HIn=cH+KaIn- =cKaa+H+整理得: AIn-HIn-H+Ka=(6) AIn-HIn-pKa=pH+lg当 时,即 ( )时 pKa = pH。AIn-HI-lg=0 AIn-HI-=1AHIn+AIn-=2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(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 = p Ka
4、。AHIn+AIn-=2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。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(a)。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(b),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(e),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a、b、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
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