甲基橙含量测定..

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：
则Ka = [H+][In-]/[HIn]
若甲基橙总浓度为c，则c = [HIn] + [In-]，所以就有：
……………………………………… (1)
…………………………………… (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：
440
0.235
0.592
450
0.361
0.630
460
0.511
0.652
470
0.680
0.645
480
0.845
0.601
490
1.009
0.521
500
1.135
0.422
510
1.161
0.306
520
1.111
0.199
5Hale Waihona Puke Baidu0
1.045
0.113
540
0.901
0.059
550
0.607
以λe为测量波长，选择酸性甲基橙溶液溶液测定吸光值，得出等吸点波长(λe)下的工作曲线。测定废水样品吸光度值(平行3次)，根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。
3.2.3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。
以0.1 mol/L氢氧化钠溶液为介质、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。以移取甲基橙标准溶液(10-4mol/L)1.00、2.50、5.00、10.0025.00mL的标准配置到50 mL容量瓶中，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液进行定容，得到不同浓度碱性甲基橙溶液。
甲基橙 Methyl orange 别名： 金莲橙D；对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠；4-{〔4-(二甲氨基)苯〕偶氮}苯磺酸钠盐 性状： 橙黄色粉末或鳞片状结晶。1份溶于500份水中。易溶于热水，溶液呈金黄色，几乎不溶于乙醇。有毒。
结构式：
甲基橙在实验室经常被用作酸碱指示剂，其原理为：
(碱型，偶氮式)黄色(酸型，锟式）红色
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
AHIn=εHIn[HIn] ≌εHInc……………………………………… (5)
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εHIn(εHIn= AHIn/c)
3.3甲基橙脱色研究
1、活性炭物理脱色
取一个400mL烧杯，放入磁力搅拌子。移取200mL样品溶液，测定Ao。放入约0.5g活性炭，放在磁力搅拌器上搅拌，每两分钟测一次吸光度，十六分钟后每隔五分钟测一次。以蒸馏水做参比。确定平衡时间约为半小时左右。测吸光度之前要过滤。
样品分别为酸性条件、中性条件和碱性条件的溶液。
未知样分别用0.1mol/LHCL和0.1mol/LNaOH配制。各配置3个样。
3.2.2工作曲线
以λa为测量波长，以0.1 mol/L盐酸溶液为空白，分别测定不同浓度酸性甲基橙溶液的吸光值，得出酸式最大吸收波长下的工作曲线。测定废水样品吸光度值(平行3次)，根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。
以λb为测量波长，以0.1 mol/L氢氧化钠溶液为空白，分别测定不同浓度碱性甲基橙溶液的吸光值，得出碱式最大吸收波长下的工作曲线。测定废水样品吸光度值(平行3次)，根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。
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 = AHIn/c + AIn-/c
整理得：
…………………………(6)
当 时，即 ( )时pKa = 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，如图1所示。 处，pH = pKa。
0.023
560
0.332
0.003
570
0.129
-0.008
580
0.052
-0.011
590
0.022
-0.012
600
0.013
-0.013
由数据可知λa=510λb=460λe=470
②pH测定，绘制PH曲线，得pKa
pH
λa下的吸光度
λb下的吸 光度
1.15
1.132
0.502
1.32
1.140
0.509
2.47
0.993
0.535
4.00
0.430
0.630
4.63
0.335
0.644
6.02
0.303
0.660
6.51
0.292
0.655
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。
2.2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。
3.1.2吸收曲线
先以蒸馏水为参比液，分别测定杯差，再各自以酸碱做为参比。
移取10.00 mL甲基橙标准溶液(10-4mol/L)，用0.1 mol/L盐酸溶液定容。此时，甲基橙全部以酸式存在，测定A-λ曲线，确定酸式最大吸收波长(λa)。（扫描波长为400nm~600nm）
移取10.00 mL甲基橙标准溶液(10-4mol/L)，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液定容。此时，甲基橙全部以碱式存在，测定A-λ曲线，确定碱式最大吸收波长(λb)。（扫描波长为400nm~600nm）
1.3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。
2.实验原理
2.1pKa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）红色
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。
2.3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。
上述酸性、碱性甲基橙溶液对应的两条A-λ曲线的交点对应等吸收点波长(λe)。
称取三水合醋酸钠27.2g配置成1000mL溶液，称为浓度为0.2mol/L。用量筒量取12mL醋酸溶液稀释至1000mL，浓度为0.2mol/L。用上述溶液和盐酸、氢氧化钠溶液按照实验指导后面的表格配置成PH分别为1、2、3、4、4.6、5.6、7、8、12的溶液。
2、催化氧化脱色
取和活性炭脱色的样品溶液加入200mL烧杯中，加入2mL H2O2，在λe下测定初始吸光值Ao，然后加入1mL10-4mol/L FeSO4溶液（半小时内加完），磁力搅拌。每脱色5min后取样并测定溶液在λe的吸光度，30分钟后每隔10分钟测一次。
另一组，不加FeSO4溶液，同样测吸光度。
A =AHIn +AIn-=εHInb[HIn] +εIn-b[In-]…………………… (3)
将(1)(2)带入可得
…………………… (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
AIn-=εIn-[In-]≌εIn-c
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εIn- (εIn- = AIn-/c)。
3.实验步骤
3.1pKa的测定
3.1.1标准溶液的配制
称取甲基橙基准物0.1133g，加蒸馏水溶解，在250mL容量瓶中用用蒸馏水定容。混合均匀（10-3mol/L）。用25mL移液管移取容量瓶中的标准溶液25mL，放入250mL容量瓶中用蒸馏水定容。（10-4mol/L）
用量杯量取6mol/L盐酸17mL，稀释至1000mL。配置成0.1mol/L盐酸溶液。称取4.0gNaOH加水溶解到1000mL，配置成0.1mol/L的溶液。
1.2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:
样品溶液同样为酸性条件、碱性条件和中性条件的溶液。
4.结果与讨论
4.1甲基橙pKa的测定
①甲基橙的吸收曲线(A-λ曲线，确定酸式最大吸收波长λa、碱式最大吸收波长λb、等吸收点波长λe)
波长
酸式
碱式
400
0.032
0.375
410
0.055
0.422
420
0.089
0.495
430
0.148
0.545
3.1.3pKa的测定
取9个做好标记的50mL容量瓶，分别移取10.00 mL甲基橙标准溶液(10-4mol/L)，依次用上述9种不同酸度溶液进行定容，得到不同酸度的甲基橙溶液。分别在酸性条件下碱性条件下最大波长及等吸收波长条件下测定其吸光度值。测pH值。得四组数据。绘制两条A-pH曲线，两线交点对应的pH即为pKa。
酸度计采用两点法进行校准后，PH1=9.18，PH2=4.0。进行1-9号甲基橙样品pH的测定。
3.2甲基橙含量测定及方法评价
3.2.1
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。以移取甲基橙标准溶液(10-4mol/L)1.00、2.50、4.00、10.00、25.00 mL的标准配制溶液到50 mL容量瓶中，用0.1 mol/L盐酸溶液定容，得到不同浓度的酸性甲基橙溶液。
5染废水中甲基橙含量测定及脱色实验
指导老师：
报告人：
学号：
时间：
地点：
1.实验背景
1.1背景
随着染料工业的迅速发展，染料品种和数量日益增加，染料废水给环境带来的污染也日益加大。高色度的印染废水是目前公认的有害工业废水，其中主要含有染料及染料中间体等难生物降解的有机物。对染料废水的脱色及降解的研究是世界性的难点和热点，已成为当今环保科研的重要课题。偶氮染料是构成工业用染料的最大一部分，这类染料的废水特点是：水量大种类多，色度深毒性大，水质成分复杂。它们不能被好氧生物降解，而且在厌氧条件下，它们可能被还原为具有致癌作用的芳烃胺类。传统的吸附、絮凝，以及生物氧化技术通常不能达到净化的目的。