Работа № 24. Изучение термодинамики процесса адсорбции

Цель работы – изучение адсорбционных процессов на примере влияния концентрации адсорбата на адсорбционные свойства адсорбента. Изучение влияния концентрации уксусной кислоты на ее адсорбцию активированным углем, графи­ческий расчет константы адсорбционного равно­весия, расчет теплоты адсорбции.

Оборудование

1. Термостат.

2. Четыре колбы на 250 мл каждая.

3. Четыре конические колбы для титрования.

4. Воронки, фильтровальная бумага.

5. Бюретка.

Порядок выполнения работы

Работу выполняют две пары студентов. Измерения проводят при комнатной температуре и при 40°С. Полученные каждой парой студен­тов результаты используются для расчетов теплоты адсорбции H_адс.

1. В четыре колбы налить по 25 мл раство­ров уксусной кислоты различных концентраций и внести в них по 0,5 г активированного угля, предварительно измельченного в ступке. Интенсивно взболтать содержимое колб и выдержать для достижения равновесия в течение 30 мин., постоянно помешивая растворы (для опыта при повышенной температуре использовать термостат).

2. Растворы с углем от­фильтровать.

3. От каждого фильтрата отобрать пипеткой по 10 мл раствора в колбы для титрования.

4. Пробы титровать раствором NaOH известной концентрацией N_щ с индикатором фенолфталеин, предварительно внеся его по три капли на каждую пробу. Титрующий раствор прибавлять по каплям до появления устойчивой светло-розовой окраски.

5. По результатам титрования рассчитать равновесную концентрацию уксусной кислоты, установившуюся после адсорбции:

.

6. Занести рассчитанные величины в таблицу.

7. По разности исходной и равновесной концентраций рассчитать величину адсорбции как число грамм-эквивалентов кислоты, поглощенной 1г угля:

,

где С_исх − исходная концентрация кислоты, г-экв/л; С_равн − равно­весная концентрация кислоты, г-экв/л; V_р-ра − объем раствора кислоты, взятой для адсорбции, л; m − масса активированного угля, г.

8. По полученным данным построить изотерму адсорбции Г = f(С_равн) и линеаризованную изотерму для обеих температур.

9. Рассчитать графически Г_∞ и К_адс .

10. По величинам констант адсорбции при двух температурах рассчитать теплоту адсорбции ΔH_адс по уравнению Вант-Гоффа:

,

где R = 8,314 Дж/моль∙К.

Таблица

Номер раствора	Т, К	Концентрация СН3СOOН, г-экв/л		Г, г-экв/л	г/л	Кадс	ΔHадс
		Исходная Сисх	Равновесная Сравн

Раздел II. Химическая кинетика

Глава 3. Скорость химических реакций

Химическая кинетика – учение о скорости химических реакций и механизме их протекания.

Скорость реакций равна числу актов взаимодействия частиц в единицу времени: для гомогенных реакций – в единице объема, для гетерогенных – на единице поверхности раздела фаз. Обычно для оценки скорости реакции пользуются пропорциональными числу актов взаимодействия величинами –изменением во времени концентраций реагирующих веществ. Концентрацию выражают в моль/л, время – в минутах. Средней скоростью реакции V_ср за данный промежуток времени называют отношение изменения концентраций исходных веществ или продуктов реакции ко времени, в течение которого это изменение произошло

. (3.1)

Так как концентрации реагирующих веществ в ходе реакции непрерывно меняются, следует говорить об истинной скорости реакции υ, т.е. о ее скорости в данный момент времени τ. Она выражается первой производной от концентрации по времени:

. (3.2)

Основными факторами, влияющими на скорость реакции, являются концентрации реагентов, давление, температура и катализаторы.