含苯酚废水处理实验相关问题的探讨

含苯酚废水处理实验相关问题的探讨

作者：陈清丁伟

来源：《化学教学》2010年第08期

摘要:本文主要就乙酸乙酯萃取含苯酚废水时被萃取的物质是苯酚还是酚铁配合物进行了实验探讨,并基于满足实验现象明显的前提下尽可能降低所配制的含苯酚废水浓度的要求,还对含苯酚废水浓度进行了探究,最后设计了“不同萃取剂萃取苯酚能力强弱的探究方案”,可供同行参考。

关键词:含苯酚废水;萃取剂;萃取能力

文章编号:1005-6629(2010)08-0019-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:C

普通高中课程标准实验教科书《有机化学基础》(江苏教育出版社, 2004年12月第一版)在“酚的性质和应用”中设置了“含酚废水处理”的活动与探究实验,并通过设置“含酚废水的处理”的拓展视野栏目,进一步让学生认识含酚废水的处理,培养学生把化学知识转化为化学技术解决工业实际问题的能力,提高学生的技术素养。新教材推出以后,实验区的许多教师在做该实验时,反映按照教材上的实验步骤进行实验的效果不甚理想。为此, 有研究者在“对新教材中含酚废水处理实验的改进”[1]一文中(以下简称“含酚废水处理实验的改进”)对此问题进行了研究, 并认为教师对此实验感到困惑主要有两个方面的原因:一是没有注意到苯酚和紫色配合物在苯中的溶解性有很大的差异;二是该实验的操作顺序设置不妥。按照改进后的实验步骤进行实验,效果不错。但有不少中学教师对此实验还存在一些疑惑:如在含苯酚废水中加入FeCl3溶液显紫色,再加入乙酸乙酯振荡后紫色褪去。针对此现象,在“含酚废水处理实验的改进”一文中,研究者认为乙酸乙酯萃取的是苯酚,而有教师则认为乙酸乙酯萃取的可能是酚铁配合物。此外,由于苯酚有毒,会对环境产生污染,因此教师在实验前配制含酚废水时必须把握苯酚的浓度,以达到在保证配制的含苯酚废水可以进行教材中的实验的前提下,把苯酚的浓度控制在最低,以减少对环境的危害。在新教材中选择苯作为萃取剂,而“含酚废水处理实验的改进”一文中通过查阅文献发现不同的萃取剂对酚的萃取能力不同,并认为乙酸乙酯萃取苯酚的能力比苯强。有教师提出,是否可以设计一个探究方案供学生进行探究?针对此问题,笔者设计了一个适合于中学生进行不同萃取剂萃取含苯酚废水中苯酚能力强弱的探究方案。本文主要对以上三个问题进行了探讨,以期对中学化学教学有所帮助。

实验一:被乙酸乙酯萃取物质的鉴定

1实验用品

苯酚废水, 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,乙酸乙酯,新制饱和溴水,0.1 mol·L-1 KSCN溶液, 15×150试管数支。

2实验步骤及现象

(1)取两只试管,分别编号为①、②。

(2)向试管①中加入4 mL含苯酚废水,向试管②中加入4 mL蒸馏水,再分别向两支试管中滴加10滴左右的0.1 mol·L-1 FeCl3。可以观察到试管①中溶液显紫色,试管②中溶液为淡黄色。

(3)向试管①中加入约2 mL乙酸乙酯,振荡,紫色立即褪去,静置,上层为无色的乙酸乙酯层,下层为淡黄色水层。

(4)将乙酸乙酯层与水层分开,在乙酸乙酯层中加入几滴溴水,立即可观察到白色混浊的现象。

(5)将水层溶液与试管②中溶液对比,两者颜色均为淡黄色,无明显区别。分别滴加0.1 mol·L-1 KSCN溶液,两者颜色均变为血红色,无明显区别。

3实验结论

由步骤(4)说明乙酸乙酯萃取层中有苯酚存在,苯酚与溴水反应生成了三溴苯酚白色沉淀; 步骤(5)通过对比说明水层溶液中Fe3+的含量未发生明显变化。若乙酸乙酯萃取的是酚铁配合物,则水层中的Fe3+会明显减少。从而证明了:紫色褪去是由于乙酸乙酯萃取了苯酚,使得化学反应:

6C6H5OH+Fe3+ [ Fe(C6H5O)6]3-+6H+的平衡向左移动,从而使紫色褪去,而非萃取酚铁配合物。这一结果支持了“含酚废水处理实验的改进”一文的说法。

实验二:含苯酚废水浓度的选择

在配制含苯酚废水时,很多教师往往难以把握含苯酚废水的浓度,若配制的废水浓度太低,出现萃取效果不理想或萃取现象不明显等问题,而配制的废水浓度太高时,虽然实验效果明显,却会带来较大的环境污染问题。该实验主要从含苯酚废水的浓度和显色剂的浓度两个维度进行探究,实现既可以达到明显萃取效果,又尽量减少环境污染的目的。

1 实验用品

不同浓度的苯酚废水,0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,1 mol·L-1 FeCl3溶液,15×150试管数支。

2 实验步骤及现象

(1)分别配置浓度为500 mg·L-1、 1000 mg·L-1、2000 mg·L-1、 3000 mg·L-1、 4000 mg·L-1、5000 mg·L-1、 6000 mg·L-1、 7000 mg·L-1、8000 mg·L-1的含苯酚废水。

(2)分别取4 mL不同浓度的含苯酚废水加入试管中,滴加约10滴左右0.1 mol·L-1 FeCl3,对比试管的颜色差异。发现随着含酚废水的浓度增大,颜色由淡黄色变为紫色,并逐渐变深。

(3)分别取4 mL不同浓度的含苯酚废水加入试管中,滴加约10滴左右1 mol·L-1 FeCl3,颜色随含酚废水的浓度增大而逐渐从黄色变为紫黑色。与(2)中一组试管进行对比,可以发现该组试管颜色明显加深而趋于紫黑色。

3实验结论

含苯酚废水的浓度愈大,苯酚与FeCl3的显色反应愈加明显。在含苯酚浓度为500 mg·L-1和1000 mg·L-1的废水中滴加FeCl3,溶液为淡黄色,说明废水中苯酚的含量没有达到与FeCl3发生显色反应的剂量要求,2000 mg·L-1的含苯酚废水滴加FeCl3开始出现浅浅的紫色,浓度为3000 mg·L-1的苯酚废水的显色比较明显。因此,虽然苯酚浓度越大实验效果越好,但是从节约实验室药品,且苯酚毒性较大的角度考虑,建议教师选择浓度为3000 mg·L-1～4000 mg·L-1的苯酚废水即可。

同时,在显色剂FeCl3的浓度增大10倍后,显色反应偏紫黑色, 现象没有浓度为0.1 mg·L-1的FeCl3显色效果好,因此,建议教师在配制FeCl3溶液时浓度不要太大,0.1 mg·L-1即可满足实验要求。

实验三:不同萃取剂萃取苯酚能力强弱的探究方案

通过查阅文献[2-3], 苯酚在中学常见的有机溶剂中的分配系数见表1,可知四氯化碳、苯、正已烷和酯类等有机溶剂中,酯类萃取苯酚的能力最强,四氯化碳萃取苯酚的能力最弱。据此,我们设计了如下的实验方案,可供同行参考。

1实验用品

苯酚废水,0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,活性炭,CCl4,苯,乙酸乙酯,石油醚,15×150试管数支,漏斗

2实验步骤及现象

取6支小试管,分别标号①、②、③、④、⑤、⑥

(1)向试管①中加入4 mL含苯酚废水,滴加约10滴左右1 % FeCl3,溶液显紫色。

(2)向试管②中加入4 mL含苯酚废水,再加入活性炭,振荡,过滤,向过滤清液中加入约10滴左右1 % FeCl3,观察颜色。