光降解实验报告

实验室：208化学实验室 时间：2015年1月22日 室温:11℃ 气压：101.3KPa

实验名称： 三草酸合铁酸(Ⅲ)钾的制备及光学性质检测

一．实验目的：

(1). 掌握合成K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的基本原理；

(2). 学习用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O降解亚甲基蓝的原理和方法； 二．实验原理：

(1). 三草酸合铁酸(Ⅲ)钾的制备

本实验以莫尔盐加草酸形成草酸亚铁沉淀，经氧化、配位得到[Fe(C2O4)3]3-，加入有机溶剂，冷却结晶得到K3[Fe(C2O4)3]·3H2O，主要涉及以下反应： a. 沉淀反应

(NH4)2Fe(SO4)2+H2C2O4+2H2O = FeC2O4?2H2O↓（黄）+(NH4)2SO4+H2SO4 b. 氧化还原反应

18FeC2O4+9H2O2+9K2C2O4= 4Fe(OH)3↓+5Fe2(C2O4)3+4K3[Fe(C2O4)3]+6KOH c. 配位反应

2Fe(OH)3+ Fe2(C2O4)3+3K2C2O4+ 6H2C2O4 =12K+ +4[Fe(C2O4)3]3- (翠绿色)+9H2O [Fe(C2O4)3]+3K+3H2O K3[Fe(C2O4)3]·3H2O (翠绿色) (2). K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的光降解反应基理

K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液在受到紫外光及可见光照射时，会发生一复杂的光解过程，光解过程的产物为H2O2与 Fe(II)，继而H2O2与 Fe(Ⅱ)又反应生成具有强氧化性能力的羟基自由基。其可能的主要反应有：

Fe(C2 O4)3一 + hv Fe(C2O4)2一+ C2 O4·一 (1) C2O4·一 + O2 O2·一+ CO2 (2)

3-+

乙醇、冷却

O2·一 + H+ HO2· (3) HO2·/O2·— + Fe(II) H+ Fe(Ⅲ) + H2O2 (4) HO2·/O2·+ Fe(Ⅲ) H+ Fe(II) + O2 (5) H2O2+ Fe(II) ·OH + OH一+Fe(Ⅲ) (6)

生成的羟基自由基具有很强的氧化能力，可将水中有机物氧化。这一光化学体系具有光解效率高、氧化能力强、无二次污染及可以利用可见光等特点，在环境污染物治理领域，具有重要的研究价值和广泛的应用前景。本实验采用上述方法合成K3[Fe(C2O4)3]·3H2O

配合物，并用来光降解亚甲基蓝溶液。 三．实验步骤：

1.合成K3[Fe(C2O4)3]·3H2O晶体 (1). 草酸亚铁沉淀的制备

5.12g (NH4)2Fe(SO4)2··6H2O 100 mL烧杯+1 mL 1mol.L-1H2SO4+15 mL H2O 加热溶解+25 mL H2C2O4饱和溶液 加热煮沸 停止加热、静置 析出黄色FeC2O4 ·2H2O沉淀 倾去上层清夜 倾析法洗涤沉淀 FeC2O4 ·2H2O黄色沉淀 (2). Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)

FeC2O4 ·2H2O晶体+10 mL饱和K2C2O4 滴加20 mL ω=3% H2O2(313K) 深棕色沉淀

加热煮沸除去过量H2O2 (3). 酸溶、配位反应

滴加约7.8ml饱和H2C2O4溶液(pH3.0~4.0) [Fe(C2O4)3]3- (翠绿色) 10 mL φ=95%乙醇 冰水冷却 K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(翠绿色晶体) 抽滤(乙醇-丙酮洗涤) 收集产品

2.光降解亚甲基蓝

(1). 用紫外可见光分光光度计测亚甲基蓝的最大吸收波长

用紫外分光光度计测得5mg/L的亚甲基蓝溶液最大吸收波长为664nm。 (2). 溶液的配置

a.配置10mg/L的草酸溶液：称取草酸固体0.091g ，用蒸馏水溶解，定容到100mL的容量瓶；

b.配置2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液：称取0.099g 的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O晶体，加水溶解定容到100mL的容量瓶；

c.配置250mg/L的亚甲基蓝溶液：称取亚甲基蓝0.025g，加水溶解，定容到100mL的容量瓶

(3)光降解反应过程

于250mL容量瓶中加入上述亚甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液5.00mL,定容至250mL（此时亚甲基蓝溶液浓度为5mg/L，K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液的浓度0.040mmol/L、草酸浓度为0.24mmoL/L）。测得此时混合溶液PH≈5,将上述溶液置于大烧杯中，用冷光源照射(用ST-85型数字照度计测得光照度约为148.5×103lx)，每隔15min用755B紫外可见分光光度计测试溶液吸光度变化。

(4).探究K3[Fe(C2O4)3]·3H2O浓度对光降解效率的影响

控制加入到亚甲基蓝溶液的量和草酸的量不变（溶液PH≈5），依次改变加入的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液的量（分别测定加入2.50ml 2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液、5.00ml 2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液和加入7.50ml 2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液），每隔15min测定混合溶液吸光度的变化。 (5).探究溶液PH值对光降解效率的影响

控制加入到亚甲基蓝溶液的量和K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的量不变，改变加入酸度量（分别在PH≈3、PH≈4, PH≈5时，每隔15min测定混合溶液吸光度。） 四．结果与讨论：

1. 用亚甲基蓝的转化率表示光降解效率（η）

η%=[(A0－A)×100]/A0 (A0和A分别为降解前后混合溶液的吸光度) 2、用双光束紫外可见分光光度计测5mg/L亚甲基蓝溶液的最大吸收波长

测量方式：Abs 取样间隔：1.00 操作员：LabTech 测量时间：00:21 2002-01-01

狭缝宽度：2 nm 扫描速度：快速

样品名称：5mg/L亚甲基蓝溶液 打印时间：00:23 2002-01-01

与上图可知，5mg/L的亚甲基蓝溶液最大吸收波长为664nm。

3. 探究K3[Fe(C2O4)3]·3H2O浓度对光降解效率的影响

6050 2.50ml 2mmol/L K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 5.00ml 2mmol/L K3[Fe(C2O4)3]?3H2O 7.50ml 2mmol/L K3[Fe(C2O4)3]?3H2O降解率4030 ???2010001020304050 时间?min

从上图可以看出，在控制加入到亚甲基蓝溶液的量和草酸的量不变（溶液PH≈5）的情况下，随着K3[Fe(C2O4)3]·3H2O量的增加，光降解效率依次增大。 4.探究溶液PH值对光降解效率的影响

60降解率 45 PH=3 PH=4 PH=515001020304050 ?min时间 由上图可知，在控制加入到亚甲基蓝溶液的量和K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的量不变的前提下，

随着溶液PH的降低，K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的光降解效率逐渐增强，但随着光降解时间的延长，降解效率会趋于一个一定的值。 五．实验数据记录：

30???

1.加入甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液2.50ml的混合溶液吸光度随光降解时间的变化 时间/min 吸光度 转化率×100% 0 0.860 0 15 0.680 20.93 30 0.580 32.56 45 0.488 43.26 2. 加入甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液5.00ml的混合溶液吸光度随光降解时间的变化 时间/min 吸光度 转化率×100% 0 0.827 0 15 0.640 22.61 30 0.493 40.39 45 0.390 52.84 3. 加入甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液7.50ml的混合溶液吸光度随光降解时间的变化 时间/min 吸光度 转化率×100% 0 0.831 0 15 0.614 26.11 30 0.479 42.36 45 0.375 54.87 4. 加入甲基蓝溶液5.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液5.00ml、饱和草酸溶液2.0mL，PH=3的混合溶液吸光度随光降解时间的变化 时间/min 吸光度 转化率×100% 0 0.840 0 15 0.620 26.19 30 0.466 44.52 45 0.383 54.40 5. 加入甲基蓝溶液5.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液5.00ml、饱和草酸溶液2.0mL，PH=4的混合溶液吸光度随光降解时间的变化 时间/min 吸光度 转化率×100% 参考文献

1．何红运等. 本科化学实验 ，实验二十四，湖南师范大学出版社。

2．高甲友，铁一草酸盐配合物光分解降解对硝基苯酚的研究，环境与科学技术，2004.5

0 0.838 0 15 0.657 21.60 30 0.514 38.66 45 0.385 54.06