Работа 20. Применение уравнения Фрейндлиха к адсорбции органических кислот на твердых адсорбентах.

В этой лабораторной работе исследуют адсорбцию из раствора уксусной кислоты на активированном угле. Перед началом работы споласкивают дистиллированной водой рабочие колбы, пипетки и колбу для задачи. В колбу для задачи в лаборантской получают исходный раствор уксусной кислоты. Из него следующим образом приготовляют растворы различной концентрации посредством разбавления вдвое.

В 5 колб (№№ 26) на 100 мл пипеткой наливают по 50 мл дистиллированной воды. В оставшуюся колбу (№ 1) наливают 50 мл исходного раствора. Затем снова отбирают 50 мл исходного раствора из колбы с задачей и добавляют его в колбу с водой (№ 2). Хорошо взбалтывают и споласкивают полученным раствором пипетку, набирая полученный раствор в пипетку и выливая его обратно в колбу.

Затем отбирают 50 мл полученного раствора (№ 2) этой же пипеткой и добавляют в следующую колбу с водой (№ 3). Хорошо перемешивают и моют полученным раствором пипетку как в случае предыдущего раствора. Отбирают 50 мл полученного раствора (№ 3) и так далее до тех пор, пока не получают 6 растворов, включая исходный. Объем приготовленных растворов во всех колбах должен быть 50 мл, поэтому из последней колбы (№ 6) 50 мл раствора отбирают пипеткой и выливают в раковину. Затем в каждую из шести колб добавляют по 1 г адсорбента – активированного угля; при этом необходимое количество угля отмеряют пробиркой, насыпая уголь до метки.

Колбы с углем встряхивают, перемешивая содержимое, и оставляют на 40 минут. В это время определяют концентрацию исходного раствора уксусной кислоты посредством титрования трех аликвот по 10 мл раствором NaOH в присутствии индикатора фенолфталеина. Добавлять щелочь, находящуюся в бюретках, необходимо до неисчезающего светло  розового цвета раствора (концентрация щелочи различается для двух рабочих столов и указана на бутылях). Результаты титрования записывают в таблицу 20.1.

Таблица 20.1.

№ пробы	, мл	, мл	, М	, М
1	10	28.7	0.3157
2	10	28.8	0.3168	0.3168
3	10	28.9	0.3179

По уравнению (в нашем случае = 0.110 М) рассчитывают концентрацию в каждой пробе кислоты, затем вычисляют среднюю концентрацию задачи и проверяют ее в лаборантской.

По истечении 40 минут отфильтровывают раствор, отбрасывая первые порции фильтрата (около 10 мл), и отбирают аликвоты (по три порции каждого раствора) из оставшегося фильтрата. Можно поступить и другим способом: поочередно, начиная с самого разбавленного раствора, из колбочек с углем, не фильтруя, отбирают аликвоту 10 мл, погружая кончик пипетки вглубь раствора, но не касаясь при этом угля. Следует отметить, что для всех шести исследуемых растворов необходимо применять один и тот же способ взятия аликвот.

Для каждой из шести колб посредством титрования следует определить равновесную концентрацию уксусной кислоты после адсорбции (С). Начинать титрование лучше всего с самого разбавленного раствора (№ 6), предварительно сполоснув дистиллированной водой пипетку на 10 мл и колбы для титрования.

Закончив измерения, необходимо вылить остатки рабочих растворов вместе с углем в соответствующую емкость, сполоснуть колбы и пипетки дистиллированной водой.

Полученные при титровании данные, так же как при титровании исходного раствора, записывают в протокол опыта. Затем вычисляют количество вещества (в ммоль), находящегося в 50 мл до () и после () адсорбции. Следует отметить, что до адсорбции оттитровывают только исходный раствор, и содержание вещества (C₀) в более разбавленных растворах вычисляют, уменьшая в два раза С₀ предыдущего раствора.

Полученные данные записывают в таблицу 20.2.

Таблица 20.2.

№ опыта	Количество вещества в исходном растворе (до адсорбции)		Количество вещества в фильтрате (после адсорбции)		Сорбированное количество кислоты на 1 г угля, ммоль/г
	С0, М	в 50 мл, А, ммоль	С, М	в 50 мл, F, ммоль
1	0.3168	15.84	0.3028	15.14	0.7
2	0.1584	7.92	0.1463	7.315	0.605
3	0.0792	3.96	0.0715	3.575	0.385
4	0.0396	1.98	0.0352	1.76	0.22
5	0.0198	0.99	0.0187	0.935	0.055
6	0.0099	0.495	0.0093	0.45	0.045

Эти данные используют для построения изотермы адсорбции (рис. 20.1), откладывая по оси абсцисс значения равновесной концентрации С (М), а по оси ординат – количество вещества, адсорбированное одним граммом угля (ммоль/г).

Рис. 20.1. Изотерма адсорбции.

Для нахождения констант K и логарифмируют уравнение Фрейндлиха: . Выписывают в виде таблицы 20.3 значения и lg C. Нанося значения по оси ординат, а по оси абсцисс – lg C, получают прямую, не проходящую через начало координат, подобную изображенной на рис. 20.2. Отрезок, отсекаемый прямой на ординате, дает, с учетом масштаба, значение lg K, а тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс – величину . В протоколе следует рассчитать и указать значения констант K и уравнения Фрейндлиха.

Таблица 20.3.

№ опыта		 lg C
1	0.15	0.527
2	0.2182	0.835
3	0.4145	1.146
4	0.658	1.453
5	1.259	1.744
6	1.34	2.05

Рис.20.2. Определение констант уравнения Фрейндлиха.

В нашем случае = 0.783 и lg K = 0.4; следовательно, K = 2.51 ммоль = 2.51^.10^3 моль, и уравнение Фрейндлиха имеет вид: .