Лабораторная работа №8. Адсорбция и химия поверхностных явлений

Цель работы: провести адсорбцию на границе твердой и жидкой фаз. Построить изотерму адсорбции. На основе экспериментально- расчетных данных рассчитать истинную поверхность адсорбента.

Объекты и средства исследования

1. Активированный уголь.

2. 4 сосуда с пробкой.

3. Конические колбы для титрования.

4. Мерные пипетки на 10мл, 25 мл

5. Растворы уксусной кислоты различной концентрации (0, 0025 М, 0,005 М, 0,01 М и 0,02 М).

6. Раствор NаОН с концентрацией 0,1н.

7. Раствор НСl с концентрацией 0,1н.

8. Индикатор фенолфталеин.

9. Воронки.

10. Фильтровальная бумага.

Порядок проведения работы

1. В четыре сосуда налить по 50 мл растворов уксусной кислоты различной концентрации.

2. В каждый сосуд добавить по одному грамму активированного

угля.

3. Закрыть сосуды пробками и поставить перемешивать в шейкер на

20 минут.

4. Определить начальную концентрацию раствора NaOH путем титрования. Для титрования отобрать в коническую колбу 10 мл раствора NaOH, добавить 3-4 капли фенолфталеина, титровать 0,1н раствором соляной кислоты (HCl) до изменения окраски пробы.

Расчет концентрации щелочи провести по формуле: ^СNaOH ^{= (С}HCl^·VНСl^)/VNaOH^,

где С_NaOH– нормальная концентрация щелочи,

V_NaOH - объем щелочи, отобранной для титрования (10 мл),

V_НСl - объем соляной кислоты, пошедший на титрование, мл.

5. Определить начальную концентрацию растворов уксусной кислоты путем титрования. Для титрования отобрать в коническую колбу

10 мл раствора, добавить 3-4 капли фенолфталеина, титровать 0,1н раствором щелочи (NaOH) до изменения окраски пробы.

Расчет концентрации кислоты провести по формуле: С_к = (С_NaOH ·V_NaOH)/V_к,

где С_к– нормальная концентрация кислоты,

V_к - объем кислоты, отобранной для титрования (10 мл),

V_NaOH - объем щелочи, пошедший на титрование, мл

6. Снять растворы с шейкера и отфильтровать исследуемые растворы кислоты после адсорбции.

7. Определить концентрацию растворов кислоты после адсорбции путем титрования (аналогично п.5).

8. Результаты эксперимента и расчетов занести в таблицу.

Масса угля, m,г	Концентрация кислоты до адсорбции, С0, моль/л	Концентрация кислоты после адсорбции Ср, моль/л	Количество адсорбированной кислоты, Х, моль	Х/m или Г, моль/г

9. Определить количество адсорбированного вещества Х:

_{X } (C_o  C_p )  50

1000

где 50 - общий объем раствора, см³;

С₀ – концентрация уксусной кислоты до адсорбции, моль/дм³;

С_р – концентрация уксусной кислоты после адсорбции, моль/дм³; 1000 – количество см³ в 1 м³, см³/дм³.

10. Построить изотерму адсорбции, откладывая на оси ординат количество адсорбированного вещества в молях (Х/m), а на оси абсцисс - равновесную концентрацию после адсорбции (С_р). (рисунок 4.1)

11. Заполнить таблицу с расчетными данными

№	1/ Ср	1/Г	lgСр	lg(Х/m)
1
2
3
4

12. Определить предельную адсорбцию Г. Для этого построить график в координатах 1/С от 1/Г. (рисунок 4.2). Отсекаемый участок на оси y (1/Г) равен величине обратной предельной адсорбции.

13. На основании опытных данных определить поверхность активированного угля:

S_пов = Г·N_а·s,

где S_пов - площадь поверхности угля, м²/г; Г - предельная адсорбция, моль/г;

N_а - число Авогадро, 6,21·10²³, 1/моль;

s - площадь, занимаемая одной молекулой уксусной кислоты (20(А⁰)² или 20∙10^-20 м²).

13. Построить график lgС_р - lg(Х/m) (рисунок 4.3) Определить константы в уравнении Фрейндлиха n - степень агрегативности (обратная величина тангенса угла наклона прямой), K - константа адсорбционного равновесия (антилогарифм свободного члена уравнения прямой (отрезка отсекаемого на оси y)).

14. Сделать вывод по работе.

Контрольные вопросы

1. Какие явления называются адсорбцией?

2. От каких факторов зависит адсорбция?

3. Сравнить явления физической адсорбции и хемосорбции. 4.Вывод изотермы Ленгмюра, определение предельной адсорбции. 5.Уравнение Фрейндлиха и определение его констант. 6.Термодинамическое описание адсорбции.