銅離子對酒石酸還原六價鉻的影響

1、實驗報告學(xué)院: 理學(xué)院 課 程:銅離子對酒石酸還原六價鉻的影響班級: 應(yīng)用化學(xué)111班 學(xué)號: 23211109 姓 名: 盧風(fēng)帆 指導(dǎo)教師:銅離子對酒石酸還原六價鉻的影響一、 實驗?zāi)康?、 了解銅離子對酒石酸還原六價鉻反應(yīng)的作用2、 了解銅離子催化酒石酸還原六價鉻反應(yīng)的最佳條件3、 掌握光化學(xué)反應(yīng)儀器的使用方法二、 實驗原理鉻主要以六價鉻和三價鉻兩種形態(tài)存在于自然環(huán)境中，其中Cr6+有強氧化性，在環(huán)境中的溶解性，遷移性大，具有高毒性；然而Cr3+卻具有遷移性小和低毒性的特性。所以，多數(shù)情況下對Cr6+的治理采用化學(xué)還原法，即將Cr6+還原為Cr3+。 銅離子催化酒石酸還原六價鉻離子的原理為：

2、Cu（）+酒石酸（tar） Cu（） tarCu（）tar （光）Cu（）+tarCu（）+Cr（VI） Cu（）+ Cr（）在酸性溶液中，六價鉻離子與二苯碳酰二肼反應(yīng)，生成紫紅色絡(luò)合物，其最大吸收波長為540nm，吸光度與濃度的關(guān)系符合比爾定律，用來測定六價鉻的量，反應(yīng)式如下：紫色絡(luò)合物+ Cr3+ Cr6+ 二苯碳酰二肼  苯肼羥基偶氮苯 本實驗主要研究影響銅離子催化酒石酸還原六價鉻的因素：光照，pH，Cu2+濃度，酒石酸濃度，溫度和酸的種類。同時找出該反應(yīng)的最佳條件。三、 實驗原料及儀器 原料：儲備液：cCr(VI)=4mM;c(Cu2+)=8mM;c(tar)=40mM (注

3、：tar表示酒石酸)鉻標(biāo)準(zhǔn)液；1:20硫酸；0.25%（W/V）二苯酰二肼（DPC）顯色劑氫氧化鈉溶液；鹽酸溶液；有機酸：酒石酸；蘋果酸；乳酸；丁二酸儀器：光化學(xué)反應(yīng)儀；分光光度儀四、 實驗步驟1、 測定Cr（VI）的標(biāo)準(zhǔn)曲線向一系列25mL比色管中分別加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.4、1.8mL100M的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液后加入1mL1:20硫酸和1mL0.25%的DPC顯色劑，用水稀釋至10mL,在波長為540nm處測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。2、 確定最佳實驗條件（即各因素的影響） （1）光照的影響在50mL光化學(xué)反應(yīng)管中均加入2mL8mMCu2+溶液，1mL40mM酒石酸溶

4、液，加入離子水35mL左右，用NaOH或HCl調(diào)pH=4，再加去離子水至39mL，再加入1mL4mMCr（VI）溶液，使總體積為40mL，Cr（VI）、Cu2+及酒石酸的濃度分別為100M，400M和1mM。快速混合后，置于光化學(xué)反應(yīng)儀中500W氙燈光照反應(yīng)。轉(zhuǎn)速為500rpm。每隔一定時間取1mL反應(yīng)液進行Cr（VI）的測定。與避光，不加Cu2+的進行對照。（2）pH的影響 pH分別設(shè)為3，4，5，6，其他條件不變。（3）Cu2+濃度的影響Cu2+設(shè)為：0，100，200，400，800M(分別取8mMCu2+溶液0，0.5，1.0，2.0，4.0mL），其他條件不變。（4）酒石酸濃度的影響

5、酒石酸濃度設(shè)為：0.5，1.0，2.0，4.0mM（分別取40mM0.5，1.0，2.0，4.0mL），其他條件不變。（5）溫度的影響溫度分別設(shè)為15,35，其他條件不變。（6） 酸種類的影響酸分別為：有機酸酒石酸，蘋果酸，乳酸，丁二酸，其他條件不變。Cr（VI）的測定：DPC吸光光度法測定在25mL比色管中加入1mL1:20硫酸溶液、1mL0.25%DPC顯色劑，加入1mL反應(yīng)液，用去離子水定容至10mL,搖勻，在波長為540nm處測量其吸光度值，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算Cr（VI）濃度。五、 實驗數(shù)據(jù)及分析1、 鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線Cr（VI）/M0.02.04.08.012016.020.0吸光度A0.

6、0000.0790.1520.3000.4570.6220.770圖1 Cr（VI）標(biāo)準(zhǔn)曲線2、 各因素影響（1）pH的影響 pH=3時間/min020406090120150百分率10.87220.75660.62900.37590.14500.0025吸光度0.4070.3550.3080.2560.1530.0590.001 pH=4時間/min020406090120百分率10.73590.62750.42660.14220吸光度0.4430.3260.2780.1890.0630 pH=5時間/min020406090120150百分率10.77590.64390.53770.273

7、60.08020.0024吸光度0.4240.3290.2730.2280.1160.0340.001 pH=6時間/min020406090120150百分率10.89250.850.740.57750.44250.3425吸光度0.40.3570.340.2960.2310.1770.137圖2 不同pH對酒石酸還原Cr（VI）的影響所以綜上分析得出pH的影響分析Cr（VI）以含氧氧化劑形式存在，其還原需要H+，H+越高，越有利于反應(yīng)進行。Cu（）+酒石酸（tar） Cu（）tarCu（）tar （光）Cu（）+tarCu（）+Cr（VI） Cu（）+Cr（）在銅離子沒有沉淀生成的前提下，

8、pH越高，越易形成配合物，越有利于反應(yīng)的進行。結(jié)合綜合考慮，pH=4時反應(yīng)最快(2) 光照的影響有光，有Cu2+時間/min020406090百分率%10083.462532356.5891472947.028423776.718346253吸光度0.3870.3230.2190.1820.026 有光，無Cu2+時間/min020406090120150百分率%100100.9828104.422610095.331798.280197.5430吸光度0.4070.4110.4250.4070.3880.40.397 避光，有Cu2+時間/min020406090120150百分率%1009

9、5.035599.763698.581699.527299.527298.8180吸光度0.4230.4020.4220.4170.4210.4210.418 避光，無Cu2+時間/min020406090120150百分率%10097.690599.7691100.2310100.2310101.8476103.0023吸光度0.4330.4230.4320.4340.4340.4410.446圖3 光照對酒石酸還原Cr（VI）的影響經(jīng)過實驗結(jié)果分析光照的影響分析在光照條件下，沒加Cu2+，酒石酸對Cr（VI）還原慢甚至幾乎不反應(yīng)，在150min時，Cr（VI）只被還原了2.47%；而加Cu

10、2+，酒石酸對Cr（VI）還原快，在90min時，Cr（VI）就被還原了93.28%，表明在光照下，Cu2+對酒石酸還原Cr（VI）具有促進作用。避光下，加Cu2+和不加Cu2+，Cr（VI）幾乎都還原的極少，表明在避光條件下，酒石酸對Cr（VI）還原幾乎不進行。（3）Cu2+濃度的影響c(Cu2+)=100M時間/min0236090120150百分率%11.0280.740.6220.5060.378吸光度0.4310.4430.3190.2680.2180.163c(Cu2+)=200M時間/min0236090120150百分率%10.9230.6470.4450.290.07吸光度0

11、.4310.3980.2790.1920.1250.03c(Cu2+)=400M時間/min0236090120150百分率%10.8870.5880.2140.0090.009吸光度0.4340.3850.2550.0930.0040.004c(Cu2+)=800M時間/min0236090百分率%10.8430.3290.007吸光度0.4070.3430.1340.003圖4 Cu2+濃度對酒石酸還原Cr（VI）的影響銅離子濃度影響90min時，加c(Cu2+)=100M的標(biāo)準(zhǔn)Cu2+貯備液的溶液38%Cr（VI）被還原，加c(Cu2+)=200M的標(biāo)準(zhǔn)Cu2+貯備液的溶液56%Cr（V

12、I）被還原，加c(Cu2+)=400M的標(biāo)準(zhǔn)Cu2+貯備液的溶液79%Cr（VI）被還原，加c(Cu2+)=800M的標(biāo)準(zhǔn)Cu2+貯備液的溶液99%Cr（VI）被還原，表明銅離子濃度越高，越易形成配合物，反應(yīng)越快。（4）溫度的影響 T=15時間/min020406090120150百分率%10.9350.8230.7480.5690.4210.252吸光度0.4130.3860.3400.3090.2350.1740.104 T=35時間/min020406090100120百分率%10.8750.7580.5740.3430.2420.104吸光度0.3850.3370.2920.2210.

13、1320.0920.040圖5 不同溫度對酒石酸還原Cr（VI）的影響溫度影響分析由實驗數(shù)據(jù)所做的圖可知，15時線性方程為y = -0.0051x + 1.0255 35時線性方程為y = -0.0077x + 1.0271k1=0.0051×C01=0.0548umol/(L×min)k2=0.0077×C02=0.0772umol/(L×min)求得活化能（k1/ k2）= -(Ea/R)×(1/T1-1/T2)得Ea=12.64KJ/mol所以反映了35比15更有利于反應(yīng)的進行。（5）酸種類的影響 酒石酸時間/min02040901201

14、50百分率10.90.7210.3870.0720.007 蘋果酸時間/min0204090120150百分率10.6660.6220.4880.3930.316 乳酸時間/min0204090120150百分率10.8180.780.6530.5470.478 丁二酸時間/min0204090120150百分率10.7650.7280.5590.4890.398圖6 酸種類對還原Cr（VI）的影響酸種類影響分析由反應(yīng)數(shù)據(jù)可知，酒石酸對Cr（VI）還原最快，其次是蘋果酸、丁二酸，最后是乳酸。反應(yīng)了含羥基、羧基的酸對Cr（VI）還原具有促進作用；相同的酸，羥基越多，反應(yīng)越快；同時，羧基的促進作用

15、比羥基大。 （6）酒石酸濃度的影響 c（tar）=0.5mM時間/min020406090120百分率%10.8240.670.5220.330.049 c(tar)=1.0mM時間/min020406090百分率%10.7260.5750.3710.127 c(tar)=2.0mM時間/min020406090百分率%10.7760.6390.420.224 c(tar)=4.0mM時間/min020406090百分率%10.7780.5780.290.02圖7 酒石酸濃度對其還原Cr（VI）的影響酒石酸濃度影響分析90min時，加c（tar）=0.5mM的標(biāo)準(zhǔn)酒石酸儲備液的溶液67%Cr（

16、VI）被還原，加c(tar)=1.0mM的標(biāo)準(zhǔn)酒石酸儲備液的溶液87%Cr（VI）被還原，加c(tar)=2.0mM的標(biāo)準(zhǔn)酒石酸儲備液的溶液77.6%Cr（VI）被還原，加c(tar)=4.0mM的標(biāo)準(zhǔn)酒石酸儲備液的溶液98%Cr（VI）被還原。明顯可看出其中c(tar)=2.0mM時數(shù)據(jù)有點反常，可能是測量時出現(xiàn)一點錯誤導(dǎo)致的，但對分析不造成大的困擾，舍去。得出酒石酸濃度越高，越易形成配合物，反應(yīng)越快。六、 實驗心得這次的實驗本是一次探索實驗，由于各方面的條件限制，我們只是在別人的基礎(chǔ)上進行驗證，這樣節(jié)約了大量的實驗時間。通過這個實驗，我們明白了對一個反應(yīng)的進行影響可能是來自各方各面的，這需要我們不斷的摸索以及通過類似的實驗進行大膽的猜想，然后去設(shè)計一些列的實驗去驗證它是否符合我們的猜想。這次的實驗給我們一個模板，讓我們有了更多這方面的經(jīng)驗，這對我們來講是至關(guān)重要的，有了這次的經(jīng)驗后，以后遇到類似的情況，我們就可以獨立自主的設(shè)計