Опыт 1. Различные случаи гидролиза солей.

Взять пять пробирок.

В первую пробирку налить 1 мл раствора хлорида аммония NH₄Cl, во вторую – 1 мл раствора ацетата натрия CH₃COONa, в третью – 1 мл раствора хлорида натрия NaCl, в четвертую – 1 мл раствора карбоната натрия Na₂CO₃, в пятую – 1 мл воды.

Затем в каждую пробирку добавить 1 – 2 капли раствора универсального индикатора. Отметить окраску растворов в пробирках. Определить значение рН раствора, пользуясь данными таблицы 1.

Окраска универсального индикатора

в зависимости от значения рН раствора

Таблица 1.

рН	Окраска индикатора
2 3 4 5 6 7 8 9 10	розовая красно-оранжевая оранжевая желто-оранжевая желтая желто-зеленая зеленая сине-зеленая фиолетовая

Результаты наблюдений свести в таблицу.

Таблица 2.

№ пробирки	1	2	3	4
Растворенная соль	NH4Cl	CH3COONa	NaCl	Na2CO3
Цвет индикатора
рН

Сделать выводы. Составить уравнения реакций гидролиза в молекулярной и ионной форме.

Опыт 2. Влияние концентрации раствора на степень гидролиза соли.

Налить в пробирку 1–2 мл раствора сульфата цинка (ZnSO₄), добавить по каплям раствор гидроксида калия (КОН) до появления осадка, а затем до его растворения. К полученному раствору добавить воду до появления осадка.

Сделать выводы. Составить уравнения реакций гидролиза в молекулярной и ионной формах.

Опыт 3. Влияние температуры на степень гидролиза соли.

Налить в пробирку 1–2 мл раствора ацетата натрия CH₃COONa и прибавить 1–2 капли фенолфталеина. Нагреть раствор в пробирке и наблюдать изменение окраски индикатора. Сделать вывод о влиянии температуры на степень гидролиза солей и дать объяснение.

Опыт 4. Смещение равновесия гидролиза.

Налить в пробирку 2–3 капли раствора хлорида железа (III) FeCl₃, а затем прибавить по каплям раствор карбоната натрия Na₂CO₃ до появления осадка и выделения газа. Сделать вывод. Составить уравнения реакций.

Требования к отчету.

Отчет должен содержать цель работы, краткое описание хода работы и наблюдаемых явлений, уравнения реакций гидролиза в молекулярной и ионно-молекулярной формах с названием продуктов реакций и выводы, включающие ответы на три первых пункта контрольных вопросов.

Контрольные вопросы и задания.

1. Что такое гидролиз солей? Дайте определение.

2. Какие соли подвергаются гидролизу? Приведите примеры.

3. Какие факторы влияют на гидролиз солей и почему?

4. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза следующих солей: Таблица 3.

Вариант	Соли	Вариант	Соли
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16	NaCN, ZnBr2 Fe2(SO4)3, KNO2 K2SO3, CH3COONa Pb(NO3)2, NH4Cl Na2S, KClO K3PO4, NH4NO3 K2CO3, NaBrO CuCl2, KCN NiSO4, (NH4)2SO4 FeCl3, Ba(NO2)2 AlBr3, NaClO Cr(NO3)3, Ca(CH3COO)2 Na3PO4, Ba(CN)2 Na2SO3, KCNS Na2CO3, KIO CuSO4, NaClO2	17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32	NiCl2, NaNO2 Fe(NO3)3, NaIO ZnSO4, NH4ClO4 Pb(ClO4)2, LiNO2 CdCl2, Ca(CN)2 Ba(ClO)2, FeBr3 Cu(NO3)2, Ba(CH3COO)2 CoSO4, Ca(ClO)2 CrCl3, Ca(NO2)2 Fe(ClO4)3, NH4Br Al2(SO4)3, KBrO CrCl3, KClO2 Cd(NO3)2, CH3COOK AlCl3, NH4I Cr2(SO4)3, Sr(CH3COO)2 Ni(NO3)2, Ba(ClO)2

5. В какой цвет будет окрашен лакмус в растворах следующих солей: Таблица 4.

Вариант	Соль	Вариант	Соль
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16	Na2CO3 KCl NH4NO3 Na2SO4 K2SO3 FeCl3 Al(NO3)3, K2S KI Na3PO4 K2CO3 KNO2 KNO3 NaCN Na2S ZnCl2	17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32	Fe2(SO4)3 NH4Cl AlCl3 NaCl KClO4 Na2SO3 (NH4)2SO4 CrCl3 KClO2 CaS Ba(NO3)2 K3PO4 BaCl2 NaNO3 CH3COOK NaClO

Лабораторная работа 7

Адсорбция красителей. Избирательная адсорбция ионов

Цель работы: ознакомление с адсорбной поверхностью твердых тел.

Теоретическая часть

Явление поглощения одного вещества поверхностью или объемом другого называется сорбцией. Вещество (газ, жидкость или растворенный компонент), частицы которого поглощаются называется – сорбатом, а вещество (чаще всего твердое тело), которое поглощает, - сорбентом.

Сорбция, происходящая только на поверхности твердого тела, называется адсорбцией. Если же поглощаемое вещество диффундирует внутрь твердого тела, как бы растворятся в нем, то такое явление называется абсорбцией. Как правило, адсорбция предшествует абсорбции.

Адсорбция связана с особым энергетическим состоянием частиц на поверхности адсорбента по сравнению с энергетическим состоянием частиц, находящихся в объеме. Частицы (молекулы, атомы, ионы) во внутренних слоях испытывают в среднем одинаковое по всем направлениям притяжение со стороны окружающих частиц.

Частицы же поверхностного слоя обладают свободной поверхностной энергии, которая может быть снижена за счет возникновения адсорбционных взаимодействий с молекулами или ионами адсорбата.

Взаимодействие между частицами адсорбента и адсорбата зависит от их природы. Различают физическую адсорбцию и химическую (хемосорбцию).

При физической адсорбции частицы адсорбента и адсорбата связываются относительно непрочными межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). В связи с этим физическая адсорбция сопровождается небольшим отрицательным тепловым эффектом = 8 – 20 кДж\моль и протекает обратимо.

При хемосорбции частицы адсорбента и адсорбата связываются более прочными силами взаимодействия, которое приводит к образованию нового химического соединения на поверхности адсорбента. Хемосорбция сопровождается отрицательным тепловым эффектом, величина которого соответствует тепловому эффекту экзотермической химической реакции. Хемосорбция может распространяться с поверхности адсорбента на его объем, переходя в обычную гетерогенную реакцию.

Удельная поверхность, пористая структура адсорбента.

Адсорбционная способность любого адсорбента определяется в первую очередь его удельной поверхностью S_o:

S_o =

где S – площадь поверхности адсорбента, m – масса адсорбента.

Адсорбция газов и паров происходит на поверхности любого твердого тела. Однако, удельная поверхность твердых тел обычна невелика и количество поглощенного вещества трудно зафиксировать. Для промышленных целей специально приготавливаются твердые вещества с большими значениями поверхности. Важнейшие промышленные адсорбенты – это активированные угли, цеолиты (молекулярные сита). Значения их удельной поверхность достигает 1000 и даже 15000 м²/г.

Такая развитая удельная поверхность может быть создана за счет системы тончайших пор (микропор), которые заполняются частицами адсорбата за счет чистого адсорбционного процесса. Кроме того, существуют более крупные поры (переходные, мезопоры), в которых при больших концентрациях адсорбата происходит процесс капиллярной конденсации. Микро– и мезопоры составляют предельный объем адсорбционного пространства W_s:

W_s = .

Существует так называемые макропоры, их объем . Суммарный объем пор состоит из объемов всех видов пор:

.

Макропоры не вносят большого вклада в величину адсорбционной активности, т.к. их поверхность относительно невелика. Однако, они являются транспортными артериями для доставки молекул или ионов адсорбата в микро- и переходные поры.

Реальные адсорбениы имеют поры самого разного радиуса (5 - 300000)*10^-10 м.

Адсорбцию газа на поверхности можно зафиксировать по увеличению массы твердого тела. Адсорбцию измеряют в миллиграммах поглощенного вещества в расчете на грамм адсорбента (мг/г). В адсорбированном состоянии плотность газа резко растет, молекулы на поверхности могут соприкасаться лруг с другом, и плотность вещества становится равной плотности жидкости. Вселедствие этого адсорбцию можно измерять в единицах объема поглощенного ещества (см³/г). Соотношение между различными способами выражения величины адсорбции можно выразить следующим образом:

а (м моль/г) = 1/М * а (мг/г),

а (см³/г) = 1/ * а (мг/г) = V а (м моль/г),

где М – молярная масса газа (пара),

- плотность сжимаемого пара, г/см³,

V – молярный объем жидкости.

Практическая часть

Задание. Определить удельную поверхность, предельный объем адсорбционного пространства и константу скорости адсорбции.

Метод испытаний. Измерение изменения массы адсорбента, находящегося в контакте с адсорбатом, во времени.

Принадлежности для работы: торсионные весы, стеклянный бюск с адсорбентом – активированном углем марки БАУ (березовый активированный уголь), стаканчик с адсорбатом – ацетоном, секундомер, сушильный шкаф.

Последовательность выполнения работы. Образец адсорбента БАУ массой около 0,5 г поместить в стеклянный бюск. Поставить бюск в сушильный шкаф при температуре 150^о-200^оС на 30 минут. При нагреве образца за счет десорбции удаляются пары веществ, адсорбированные обрацом из воздуха (термическая регенерация). После нагрева образца закрыть бюск крышкой, дать ему слегка остыть, и в горячем состоянии пересыпать сорбент на чашку торсионных весов. Сразу же, переместив вправо арретир , рычагом передвинуть стрелку до тех пор, пора стрелка не совместиться с нулевой риской. Записав по показанию весов массу адосрбента с чашечкой m_o и определить исходную массу адсорбента m_a = m_o – m_ч. Внутрь защитного кожуха поставить стаканчик с адсорбентом (ацетоном), испарение которого создает в кожухе концентрацию (давление) паров, равную равновесному давлению пара над раствором (р/р_s = 1). Пары адсорбента поглащаются адсорбентом, увеличивая его массу. Имерения проводят в течение первых пяти минут каждую минуту, затем, поскольку скорость адсорбции замедляется, постепенно увеличивают интервалы измерениями до 3, 5 и 10 минут. Опыт считают законченным, когда два последних взвешивания с интеравалом между ними не менее 10 минут совпадают. Результаты измерений записаны в таблице 1.

Таблица 1 Экспериментальные и расчетные данные по адсорбции паров ацетона активированным углем марки БАУ.

Интер-вал времени , мин	Масса чашечки с адсор-бентом m, мг	Измене-ние массы адсор-бента , мг	Величии-на адсор-бции а, мг/г	Величина адсорбции а’, моль/г	Кол-во адсорби-рованных молекул, n	Поверх-ность, занятая адсор-батом S, м2/г	Объем адсорбата W, см3/г
0	367	0	0	0	0	0	0	0
3	370	3	20,98	0,36	0,22 1021	66	0,27	lg 1,09
5	373	6	41,96	0,72	0,43 1021	129	0,54	lg 1,21
10	380	13	90,91	1,57	0,95 1021	285	1,17	lg 1,59
15	388	21	146,85	2,53	1,52 1021	456	1,88	lg 2,50
20	394	27	188,81	3,26	1,96 1021	588	2,42	lg 4,37
25	398	31	216,78	3,74	2,25 1021	675	2,78	lg 8,75
30	401	34	237,76	4,10	2,47 1021	741	3,05	lg 34,97
35	402	35	244,76	4,22	2,54 1021	762	3,14	-
40	402	35	244,76	4,22	2,54 1021	762	3,14	-