1.2. Задачи для самостоятельного решения

1. Определить поверхностную активность перечисленных ниже кислот, для 0,12-молярных водных растворов которых известны величины поверхностного натяжения при 18°С:

муравьиная HCOOH – 72,6 ,

уксусная CH COOH – 70,8 ,

пропионовая C H COOH – 66,2 ,

масляная CH (CH ) COOH – 56,0 ,

изовалериановая (CH ) CHCH COOH – 44,7 Дж/м .

Вычислить адсорбцию для 0,1-молярных растворов. Поверхностное натяжение воды при этой температуре 73 Дж/м .

Ответ: 0,33310^2, 1,83310^2, 5,66710^2, 14,16710^2, 23,5810^2 (Джл)/(м²моль);

0,13810^6, 0,75810^6, 2,34210^6, 5,85610^6, 9,74810^6 моль/м².

2. Удельная поверхность активированного угля равна 400 м /г. Определить максимальное количество метилового спирта (CH OH), которое может быть адсорбировано на угле массой 2 г. Спирт адсорбируется мономолекулярным слоем, а его плотность 0,7958 г/см .

Ответ: 0,2583 г.

3. В таблице приведены величины поверхностного натяжения водно-спиртовых растворов при 295 К.

Концентрация спирта, %	0	20	40	60	80	100
, Н/см	72,2	40,6	31,2	27,7	25,4	22,5

Определить адсорбцию спирта на поверхности 20- и 80-процентного водного раствора. Ответ: ~ 5,110^10 моль/см², ~ 4,910^10 моль/см².

4. При 295 К поверхностное натяжение воды – 72,2 мДж/м², поверхностное натяжение 0,1 молярного раствора олеиновокислого натрия – 62 мДж/м². Определить адсорбцию олеиновокислого натрия на поверхности раствора с концентрацией 0,05 моль/л.

Ответ: ~ 2,0810^6 моль/м².

5. Поверхностное натяжение водных растворов уксусной кислоты при 293 К приведено в таблице. Определить адсорбцию кислоты при концентрации раствора 0,1 моль/л.

Концентрация кислоты, моль/л	0	0,01	0,1	0,5	1,0
, Дж/м2	73,26	70,2	66,88	61,66	57,28

Ответ: ~ 9,1510^7 моль/м².

6. Поверхностное натяжение водного раствора масляной кислоты при 290 К описывается уравнением

где – поверхностное натяжение чистой воды, Н/см; с – молярность раствора. Определить адсорбцию Гиббса, если с = 0,01 моль/л. Какой будет адсорбция при ?

Ответ: 8,8110^11 и 53,6710^11 моль/см².

7. На основании приведенных в таблице данных по адсорбции оксида углерода СО на поверхности угля при 273 К определить постоянные уравнения Лэнгмюра.

, гПа	267	400	533	667	799	933	1066
а, моль/г	0,275	0,38	0,47	0,55	0,62	0,685	0,745

Ответ: 1,732 моль/г, 7,0210^4 1/гПа.

8. При давлении азота 5,24 гПа и температуре 273 К грамм активного угля адсорбирует 0,987, а при 74,97 гПа – 10,31 мл азота (объемы измерены при нормальных условиях). Определить адсорбцию насыщения, если справедлива изотерма Лэнгмюра.

Ответ: 35,53 нмл/г.

9. При 155 К диоксид углерода СО₂ адсорбирует на слюде (см. таблицу). Определить постоянные Лэнгмюра и адсорбцию при давлении 7 Па.

, Па	0,48	1,19	2,06	4,10	9,80
а·106, моль/м2	1,22	2,09	2,55	3,24	3,62

Ответ: 4,0410^6 моль/м², 0,896 1/Па, 3,48610^6 моль/м².

10. Водный раствор уксусной кислоты объемом 25 мл и с концентрацией 0,198 моль/л взбалтывался с углем массой 3 г. После достижения равновесия на титрование 5 мл раствора пошло 11 мл 0,05н раствора . Определить адсорбцию в граммах кислоты на грамм угля.

Ответ: 0,044 г/г.

11. Результаты определения адсорбции кислоты СН₃СООН из 200 мл водных растворов древесным углем приведены в таблице.

Начальная концентрация, моль/л	0,503	0,252	0,126	0,0628	0,0314	0,0157
Равновесная концентрация с, моль/л	0,434	0,202	0,0899	0,0347	0,0113	0,00333
Масса угля m, г	3,96	3,94	4,0	4,12	4,04	4,0

Покажите, что эти данные удовлетворяют уравнению Фрейндлиха

,

где x – масса адсорбированной кислоты.

Ответ: да, k = 0,28, n = 2,82.

12. Вычислить площадь поверхности катализатора, грамм которого до образования монослоя адсорбирует 103 мл азота (измеренных при 1,013·10⁵ Па и 273 К). Адсорбция определялась при 78 К; эффективная площадь, занимаемая молекулой азота при этой температуре равна 0,162 (нм)².

Ответ: 448,9 м²/г.

13. Поверхность грамма активированного угля равна 1000 м². Сколько литров аммиака (измеренных при 298 К и 1,013·10⁵ Па) может адсорбироваться на поверхности 45 г угля мономолекулярным слоем? Диаметр молекулы равен 3·10^–8 см.

Ответ: 20,3 < V < 23,4 л.