Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физическая химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.08.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

В первом случае речь идет о функциональной зависимости вида

a= f(p)T = const, a = f(c)T = const, во втором – о функции a = f(Т)p = const.

Рассмотрим основные типы изотерм адсорбции, которые исполь-

зуются для описания процесса сорбции газообразных и жидких веществ на поверхности твердых тел.

Наиболее просто описывается монослойная локализованная адсорбция на однородной поверхности изотермой Ленгмюра. При этом используются следующие допущения:

поверхность адсорбента однородна, все центры энергетически эквивалентны;

в результате адсорбции образуется мономолекулярный слой;

отсутствует взаимодействие между соседними адсорбированными частицами.

Уравнение изотермы Ленгмюра:

a am	KL p	am , или	a am	KLc	am ,	(4.1)
	1 KL p			1 KLc

которое при с << 1 переходит в линейную зависимость изотермы Генри

a a	K c K	Г	c	KГ	p ,	(4.2)

m	L			RT

а при с >> 1 достигается максимальное заполнение поверхности:
a am ,		1 ,				(4.3)

где am – предельная монослойная адсорбция; KL – константа адсорб-

ционного равновесия в первом слое (константа Ленгмюра); KГ – кон-

станта Генри; – степень заполнения поверхности.

Для определения значений предельной монослойной адсорбции и константы адсорбционного равновесия проводят линеаризацию уравнений (4.1) в виде

p и

c .

(4.4)

KLаm

По рассчитанному значению am [г · г–1] можно найти площадь по-

верхности адсорбента [м2 · г–1], если известна площадь s, занятая одной молекулой адсорбированного вещества на поверхности сорбента:

sN	am	sNA .	(4.5)

	M

При одновременной адсорбции нескольких газов степени заполнения рассчитывают по общей формуле

i		KL,i pi	.	(4.6)
i	1	KL,i pi	.	(4.6)
	1	KL,i pi
		i

Если поверхность неоднородна, используют эмпирическое уравне-

ние Фрейндлиха:

a x m kcn ,	k p	1k2	,	(4.7)
	1

где х – количество адсорбированного вещества; m – масса адсорбента; k, k1, k2 , n – некоторые варьируемые параметры.

Линеаризация уравнения Фрейндлиха:

lg a lg k nlg c ,	lg lg k	1	lg p .	(4.8)

	1	k2

При многослойной адсорбции изотерму описывают

Брунауэра–Эммета–Теллера (БЭТ)

a am

(C 1)

уравнением

(4.9)

или уравнением Арановича

a am

(4.10)

p 12

где ps – давление насыщенного пара адсорбата. Постоянная

C KL ps , ее численное значение определяется разностью между

теплотой адсорбции в первом слое и теплотой конденсации, служит характеристикой применимости уравнения БЭТ к данной изотерме. Чем больше С, тем лучше изотерма БЭТ описывает эксперименталь-

ные данные. При малых значениях p ps и С >> 1 уравнение БЭТ пе-

реходит в уравнение Ленгмюра. Линеаризация уравнения БЭТ:

C 1 p

(4.11)

amC

a 1

уравнения Арановича

(4.12)

amC

a 1

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Цель работы: изучить явление адсорбции, определить параметры адсорбции.

Оборудование и реактивы: конические колбы на 100 мл (5 шт.) с навеской активированного угля (m = 1 г), конические колбы на 100 мл (6 шт.), фильтры (5 шт.), мерная колба на 100 мл, мерная колба на

50 мл, две бюретки на 25 мл, мерная пипетка на 10 мл, 2 стакана на 50 мл, карандаш по стеклу, раствор NaOH (0,1 моль · л–1), раствор NaOH (0,01 моль · л–1), раствор СН3СООН (2 моль · л–1), фенолфталеин.

Опыт 1. Приготовление растворов уксусной кислоты

1.Для приготовления раствора № 1 используется раствор уксусной кислоты СН3СООН (2 моль · л–1). Рассчитайте, какой объем кислоты необходимо взять для приготовления раствора адсорбата № 1 СН3СООН концентрацией 0,4 моль · л–1 (объем раствора отмеряют с помощью бюретки, раствор готовится в мерной колбе на 100 мл). Далее из этой колбы 50 мл раствора кислоты (объем раствора отмеряют с помощью мерной колбы на 50 мл) выливают в колбу № 1 с активированным углем. Колба на 100 мл доводится до метки дистиллированной водой, таким образом получается раствор № 2 СН3СООН (0,2 моль · л–1). Данная операция повторяется три раза. Методом последовательного разбавления готовятся растворы №3 (0,1 моль· л–1), № 4 (0,05 моль· л–1),

№5 (0,025 моль · л–1) и выливаются в конические колбы с активированным углем с соответствующими номерами.

2.В течение 15 мин колбы периодически взбалтывайте, далее отфильтруйте в чистые конические колбы.

3.Для определения концентрации раствора после адсорбции (ср) оттитруйте аликвоты отфильтрованных растворов. Объем аликвоты раствора отмеряют с помощью мерной пипетки на 5 или 10 мл в коническую колбу, добавляют индикатор фенолфталеин и титруют до появления бледно-розовой окраски раствора.

Вотчете:

1) рассчитайте концентрацию кислоты		после процесса адсорб-
ции ср:
V(СН3СООН) ср = V(NaOH) сэк(NaOH),
ср =	V (NaOH) сэк(NaOH)		,
	V (СН3СООН)

где сэк(NaOH) – молярная концентрация эквивалентов NaOH (титранта) известна;

2) рассчитайте количество адсорбированной кислоты:

∆с = с0 – ср;

3) рассчитайте адсорбцию (массу кислоты, адсорбированную активированным углем) в гадсорбата :

гадсорбента

асVр-раМк-ты , гадсорбата ; mнав гадсорбента

4) полученные результаты внесите в таблицу;

Таблица данных адсорбции уксусной кислоты

Концентра-

Титрование

Построениеизотерм

Номер

Vср(NaOH),

а,

рас-

ции,

–1

Vал,

мл

гадсорбата

ср

твора

моль· л

мл

с, моль· л–1

lg ср

lg а

гадсорбента

с0

ср

∆с

0,1

0,01

–

5) постройте изотерму адсорбции а				= f (ср). Данная изотерма мо-
жет быть описана с помощью следующих зависимостей:
	изотерма Фрейндлиха: a Kcn ;
		р
	изотерма Ленгмюра: а а	KLcр			;
		K	c
	М 1
			L р

6) определите, какое уравнение: Ленгмюра или Фрейндлиха позволяет лучше описывать экспериментальные данные. Для этого построй-

те эти изотермы в линейных координатах lg а = f (lg ср),	ср	= f (ср):
	а

линеаризация уравнения Фрейндлиха: lg a lg K nlg cр;

линеаризация уравнения Ленгмюра:	cр		1	1	c ;
линеаризация уравнения Ленгмюра:	а	K	а	a	c ;
	а	K	а	a	р
			L M	M

7) из графиков определите параметры уравнений Фрейндлиха и

Ленгмюра	K, n, а ,		1	;

		M
			KL

8) используя предельную величину адсорбции аM и полагая, что

посадочная площадка молекулы уксусной кислоты равна 1/3 нм2, рассчитайте удельную поверхность адсорбента.

В выводе приведите определение адсорбции, адсорбента, адсорбата, напишите уравнения изотерм Фрейндлиха и Ленгмюра для адсорбции уксусной кислоты на активированном угле.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Что такое поверхностная энергия? Укажите причины появления избытка поверхностной энергии.

2.Что называется поверхностно-активным веществом (ПАВ), как построена его молекула? Покажите графическую зависимость поверхностного натяжения от концентрации для поверхностно-активных, по- верхностно-инактивных и поверхностно-неактивных веществ?

3.Что называется поверхностной активностью? Опишите способы

ееопределения. Как зависит поверхностная активность от длины углеводородной цепи молекулы ПАВ?

4.Напишите уравнение адсорбции Фрейндлиха. Как графически определить его константы?

5.Выведите уравнение изотермы Генри.

6.Выведите уравнение изотермы Ленгмюра. Покажите, как графически определить константы уравнения. Укажите условия применимости уравнений Генри, Ленгмюра и БЭТ.

7.Приведите сравнительную характеристику физической и химической адсорбции. Каков по знаку тепловой эффект адсорбции? Как влияют на адсорбцию повышение и понижение температуры?

8.Выведите уравнение Шишковского на основе изотерм Гиббса и Ленгмюра.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Практикум по физической химии: учебное пособие / М.И. Гельфман, Н.В. Кирсанова, О.В. Ковалевич и др.; под ред. М.И. Гельфмана. – СПб.:

Изд-во «Лань», 2004. – 256 с.

2.Основы электрохимии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.М. Байрамов – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 240 с. – Допущено УМО.

3.Электрохимия / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий, Г.А. Цирлина. – 2-е изд., испр. и перераб. – М.: Химия, КолосС, 2008. – 672 с. – Допущено МО РФ.

4.Основы физической химии: учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1: Теория / В.В. Еремин [и др.] – М.: Бином, 2013. – 320 с. – Рекомендовано УМО.

5.Основы физической химии: учебное пособие: в 2 ч. Ч. 2: Задачи / В.В. Еремин [и др.] – М.: Бином, 2013. – 263 с. – Рекомендовано УМО.

6.Практикум по физической химии НГУ. Химическая термодинамика и кинетика: учебно-методическое пособие. Ч. 1. / В.А. Рогов, Е.С. Рудаков,

С.С. Арзуманов и др. – НГУ, 2013. – 237 с.

7.Физическая химия: сборник вопросов и задач / Н.И. Савиткин [и др.] – Ростов-н/Д: Феникс, 2014. – 319 с. – Рекомендовано УМО.

8.Электрохимические системы и процессы: учебное пособие / В.Н. Паутов, В.К. Варенцов, Н.А. Рогожников. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. –

160с.

9.Краткий справочник физико-химических величин. – Изд. 10-е, исправ. и

доп. / под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. – СПб.: Иван Федоров, 2003. – 240 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица П1.1

Эквивалентная электропроводность разбавленных водных растворов электролитов при 25 °С

c 0 1 a c bc ,

c – эквивалентная электропроводность при концентрации с, моль · л–1.

Коэффициенты 0 , а и b справедливы в области концентраций

0,001…0,1 моль · л–1

Электролит			0 104 ,	a	b	Электролит	0 104 ,	a	b
Электролит			См м2 моль 1	a	b	Электролит	См м2 моль 1	a	b
AgNO3			133,3	0,68	0,35	HBr	429,4	0,37	0,35
1 Ag SO		4	142	1,30	–3,5	HSCN	404	0,38	0,37
2	2	4
2
1 AlBr			139	1,64	2,2	HCl	426,0	0,37	0,38
3	3
3
1 AlCl3			137,6	1,65	2,0	HClO4	417	0,36	0,4
3
1 Ba COOCH3 2			104,2	1,59	1,7	HI	428	0,37	0,42
2
1 BaCl2			139,5	1,28	1,74	HIO3	391,2	0,38	–4,7
2
1 Ba NO3 2			132	1,34	1,2	HNO3	420	0,37	0,36
2
1 CaCl2			135,6	1,3	1,8	KBr	151,7	0,62	0,62
2
1 CdCl2			104	1,65	0,9	KCOOCH3	115,4	0,75	1,3
2
1 CdSO4			105	2,89	3,7	KCl	149,8	0,63	0,64
2

Продолжение табл. П1.1

Электролит		0 104 ,	a	b	Электролит				0 104 ,	a	b
Электролит		См м2 моль 1	a	b	Электролит				См м2 моль 1	a	b
1 CoCl2		124,5	1,37	1,2	1 K3Fe CN			6	167,8	1,56	1,8
2					3
CsCl		154,6	0,62	–0,7		KI			150,8	0,63	0,62

CsOH		271	0,45	0,5	KNO3				144,5	0,64	0,36
1 CuCl2		131	1,33	1,5	KOH				271	0,45	0,4
2
1 CuSO4		113	2,79	3,3	LiCl				115	0,75	0,78
2
1 FeCl2		137	1,34	1,05		LiI			117,7	0,74	0,8
2
LiNO		111	0,77	0,45	1 NiCl		2		123,3	1,37	1,7
	3				2		2
					2

LiOH		236,5	0,48	0,5	1 NiSO4				100	2,7	1,6
					2
1 MgBr		129	1,34	2,2	1 PbCl		2		145,0	1,26	–7
2	2				2		2
2					2
1 MnCl2		126	1,36	1,6	RbBr				148	0,63	0,2
2
NH4Cl		150,5	0,63	0,49	RbCl				153	0,62	0,7
NH4SCN		140,8	0,65	0,5	RbOH				272	0,45	0,5
NaBr		126,0	0,70	0,5	1 SmCl3				139,8	1,64	3,0
					3
1 Na	2CO3	124,1	1,47	1,6	1 SrCl2				136,0	1,30	1,74
2					2
NaCOOCH3		91,1	0,89	0,34	1 Sr	NO3 2			131,8	1,34	1,5
					2

Окончание табл. П1.1

Электролит	0 104 ,	a	b	Электролит				0 104 ,	a	b
Электролит	См м2 моль 1	a	b	Электролит				См м2 моль 1	a	b
NaCl	126,5	0,70	0,74		TlCl			150,3	0,63	–1,3

NaClO3	115	0,75	0,6		TlClO3			137,6	0,65	0,45
NaClO4	110	0,77	0,6		TlOH			276,1	0,45	0,45
NaF	106	0,79	0,6		1 YCl3			136	1,67	3,5
					3
NaI	127,0	0,70	0,80	1 ZnBr				159	1,23	0,7
				2		2
				2
NaHCO	96,0	0,85	0,6	1 ZnCl		2		130	1,48	2,3
3				2		2
				2

NaOH	246,5	0,47	0,3	1 Na SO			4	129,0	1,39	1,50
				2	2		4
				2
NaSCN	110,5	0,77	0,75	1 ZnSO4				105	2,90	4,2
				2

Таблица П1.2

Предельная эквивалентная электропроводность ионов (подвижность) при бесконечном разведении при 25 °С и температурный коэффициент электропроводности

	0	0	1	t 25 ,		1 dλ
	λt λ	25
	λt λ	25
						λ025		dt
Катион	025 104 ,				Анион			025 104 ,
Катион	См · м2 ·моль–1				Анион		См · м2 ·моль–1
Ag+	61,9			0,0194	Br–			78,14
Ag+	61,9			0,0194	Br–			78,14	0,0185
1 Al3	63			0,021	BrO			55,4	–
3					3
3
1 Ba2	63,9			0,020	Cl–			76,35	0,0194
2

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]