Порядок проведения работы:

1. В четыре сухих емкости, пронумерованные с №1 по 4, поместить взвешенные на технических весах равные навески угля заданной величины (400мг).

2. Залить каждую навеску угля 50 мл раствора уксусной кислоты (CH₃COOH) указанной концентрации (0.125 М; 0.25 М; 0.5 М; 1 М).

В табл.3 записать номера колб, соответствующие концентрации растворов, и время начала и конца адсорбции.

Заливая кислоту, отмечать время заполнения каждой емкости.

3. В процессе адсорбции растворы с углем в колбочках периодически помешивать.

4. По истечении указанного времени (30 минут) для каждой пробы растворы из колб отфильтровать через бумажные фильтры, причем первые 10 – 15 мл фильтрата вылить. Этим раствором споласкивают колбочку, в которую затем собирают фильтрат, так как в первых порциях фильтрата концентрация кислоты понижена вследствие адсорбции её фильтровальной бумагой.

5. Определить равновесные концентрации растворов кислоты после адсорбции. Для этого из каждого раствора отбирают в чистые колбочки 2 – 3 пробы по 5 мл и титруют 0.1 н. Раствором едкого натра с фенолфталеином в качестве индикатора до получения совпадающих результатов.

Таблица 3

Номера колб	1	2	3	4
Концентрация кислоты, моль/л
Время начала адсорбции
Время окончания адсорбции

6. По опытным данным рассчитать удельную адсорбцию:

X/m_эксп. = (c_k – c₀) V_k/m (7)

где с₀ – концентрация кислоты до адсорбции, моль/л;

с_к – равновесная концентрация кислоты после адсорбции (моль/л);

V_k – объем раствора кислоты (в нашем случае V_k = 50 мл);

V_л – объем раствора кислоты, из которого происходит адсорбция, мл;

m –масса навески адсорбента, г.

(x/m)_оп - удельная адсорбция (найденная опытным путем), м-экв/г.

Равновесная концентрация кислоты после адсорбции определяется по формуле:

с_к = с_NaOH V_щ/5 (8)

здесь с_NaOH = 0.1 – концентрация щелочи применяемой для титрования кислоты, н.; V_щ – объем щелочи, израсходованной на титрование 5 мл раствора.

Все экспериментальные данные и результаты вычислений занести в табл.4.

Таблица 4

Номера колб	с0, моль/л	Vщ, мл	ск, моль/л	x/m моль/г	lg ck	lg (x/m)оп	(x/m)выч	lg (x/m) выч	B, %
1
2
3
4

7. Проверив полученные данные у преподавателя, построить изотерму адсорбции x/m=f(c) и её логарифмический график и найти константы k и 1/n в уравнении (3).

График зависимости lg(x/m) от lg c представляет собой прямую линию (см. рис.4), отсекающую на оси ординат отрезок, численно равный lg k. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс равен: tg  = 1/n. Значение lg k из графика берут в масштабе оси ординат, а при нахождении tg  нужно учитывать масштабы по обеим осям. Найдя значения констант и подставив их в уравнение (3) для всех значений lg c, получают вычисленные значения констант и подставив lg(x/m); затем, найдя антилогарифмы, находят значения (x/m)_выч , вычисленные для всех четырех опытов.

После этого вычисляют отклонения вычисленных значений (x/m)_выч от опытных (x/m)_оп. Для определения предельного значения удельной адсорбции (x_/m) пользуются уравнением Ленгмюра (4).После преобразования его в уравнение:

с/Г = 1/Г_ k + c/ Г_ , или (9)

с/(х/m) = 1/(x_/m) k + c/( x_/m) (10)

Выражение (10) представляет собой уравнение прямой линии относительно концентрации с.

Построив прямолинейную зависимость с/(х/m)=f(c) (см. рис.4), находят x_/m ка котангенс угла  (ибо 1/(x_/m)= tg  - угловой коэффициент уравнения прямой линии). Котангенс угла  находят из графика как отношение прилежащего катета к противолежащему в любом прямоугольном треугольнике, взяв величины катетов в масштабах соответствующих осей. Затем вычисляют удельную поверхность твердого адсорбента – площадь, приходящуюся на 1 г адсорбента,

S_уд = x_/m Г_ (11)

где Г_ – предельная удельная адсорбция данного адсорбирующегося вещества на границе жидкость – твердое тело, моль/см².

Г_ = 1/N q (12)

где N = 6/02 10²³ 1/моль (число Авогадро); q – площадь поперечного сечения молекулы кислоты, м².

Подставив выражение Г_ в уравнение (11), получают:

S_уд = (x_/m)N q (13)

Для карбоновых кислот q = 2.510^-19 м².

Вывод:

Расчеты: