Вопросы к защите работы.

1.Что такое поверхностный слой и поверхностные явления?

2.Физический смысл поверхностного натяжения σ .

3.В чем заключается сущность метода Ребиндера?

4.Как приготовить растворы точной концентрации?

5.Почему измерения h проводятся для растворов в сторону увеличения их концентрации?

6.Какие вещества можно исследовать вместо изобутилового спирта?

7.Почему надо устанавливать определенную скорость проскока пузырька?

8.Как рассчитать поверхностное натяжение σ?

9.Связано ли поверхностное натяжение σ с адсорбцией Г?

10.Как можно экспериментально определить адсорбцию?

11.Пояснить зависимость полученных величин (табл.2 и табл.3) от концентрации спирта в растворе: τ=f(С) и Г=f(C).

Лабораторная работа №6.2

Адсорбция уксусной кислоты на активированном угле

Адсорбцией называют увеличение концентрации вещества на границе раздела фаз по сравнению с концентрацией этого вещества в объеме.

Зависимость адсорбции от содержания адсорбируемого вещества в растворе при данной температуре (при адсорбции на твердом адсорбенте) в сравнительно широких пределах (при средних концентрациях) удовлетворительно выражается эмпирическим уравнением изотермы адсорбции Фрейндлиха.

где Г – адсорбция, моль/г адсорбента; х – количество адсорбируемого вещества (в молях), приходящееся

на массу адсорбента т;

С– концентрация адсорбируемого вещества в растворе, моль/л;

αи n – эмпирические постоянные, характерные для данного процесса адсорбции.

Вуравнении Фрейндлиха количество адсорбированного вещества отнесено к единице массы адсорбента. Постоянная α характеризует величину поверхности. Если концентрация С=1 моль/л, то α означает количество адсорбированного вещества на поверхности, отвечающей 1г адсорбента.

54

Постоянная 1/n характеризует взаимоотношение адсорбента и адсорбтива. Она сравнительно мало меняется для различных адсорбтивов (обычно колеблется от 0,1 до 0,5).

Уравнение (1) дает хорошие результаты при исследовании адсорбции из разбавленных растворов недиссоциированных или слабо диссоциированных веществ в различных растворителях (в воде, спиртах, эфире, бензоле и т.д.) на различных адсорбентах: угле, шерсти, шелке, кизельгуре и т.д.

При нанесении на прямоугольные координаты экспериментальных величин х/m и С получают кривую, представляющую изотерму адсорбции Фрейндлиха (рис.1). Из экспериментальной изотермы адсорбции легко определить постоянные α и 1/n (ур. Фрейндлиха). Для этого, логарифмируя уравнение (1), получаем его в виде

x

m

0 С

Рис.1. Изотерма адсорбции

lg x m

Аφ

lgα

0 lgC

Рис.2. Изотерма адсорбции Фрейндлиха в логарифмических координатах

Полученное выражение в логарифмическом виде является уравнением прямой (рис.2). lgα равен величине отрезка, отсекаемого на оси ординат ОА, а 1/n – тангенсу угла наклона ϕ (отношению катетов образованного треугольника, 1/n=tgφ).

55

Уравнение изотермы адсорбции теоретически было выведено Ленгмюром. Это уравнение имеет следующий вид:

где Г – адсорбция; Г∞ - предельное значение адсорбции;

Р – равновесное давление; в – постоянная.

Для определения постоянных параметров уравнения Г∞ и в следует

симости пересекает ось ординат в точке 1/Г∞ , а тангенс угла наклона соот-

уравнения Фрейндлиха рис.2).

Величина 1/в численно равна такой концентрации ПАВ, при которой адсорбция равна половине максимальной.

Цель работы. Изучение адсорбции уксусной кислоты из водных растворов различных концентраций на активированном угле при постоянной температуре, построение изотермы адсорбции Г=f(С) и нахождение опытным путем констант в уравнениях, примененных к системе «уксусная кислота – активированный уголь».

Оборудование.

1.Бюретка, 2 шт.

2.Мерная колба на 50 мл, 1 шт.

3.Воронка, 6 шт.

4.Весы.

5.Фильтры.

6.Конические колбы, 18 шт.

7.Прибор для встряхивания.

8.Колбы для титрования, 2 шт.

9.Пипетка на 5 мл, 1 шт.

10.Пипетка на 25 мл, 1 шт.

Реактивы.

1.Раствор уксусной кислоты, 1н.

2.Раствор щелочи для титрования.

3.Раствор фенолфталеина (индикатор).

4.Активированный уголь.

56

Суть работы.

Количество адсорбированной уксусной кислоты (х) определяется методом титрования кислоты щелочью.

x = (C 0 − C) V , моль

1000

где С0 – исходная концентрация кислоты, моль/л; С – равновесная концентрация кислоты, моль/л;

V – объем кислоты, находящейся в соприкосновении с активированным углем, мл.

Выполнение работы и обработка результатов эксперимента.

1. Приготавливают 6 растворов уксусной кислоты различных концентраций (концентрации указываются преподавателем) в интервале от 0,6 до 0,05 н.

Все эти растворы готовят в объеме 50 мл разбавлением исходного, приблизительно 1,0 н раствора СН3СООН. Для приготовления растворов сначала рассчитывают необходимый объем исходной уксусной кислоты по формуле

C0V0=CV ,

где С0 и V0 – объем (мл) и концентрация (нормальность) исходного раствора СН3СООН;

С и V – те же величины приготавливаемого раствора.

Рассчитанный объем исходной кислоты отмеряют из бюретки в мерную колбу на 50 мл и добавляют необходимое количество воды до метки.

Растворы переносят в сухие конические колбы (1-й ряд).

2.Для проведения адсорбции с помощью пипетки берут из приготовленных растворов по 25 мл и помещают их в сухие колбы (2-й ряд). В эти же колбы (во все одновременно) вносят заранее приготовленные навески активированного угля по 0,5 г (навески угля (m) берут на технических весах). Колбы с раствором и углем выдерживают 40 минут на приборе для встряхивания.

3.Определяют точную концентрацию исходных растворов уксусной кислоты (1-й ряд), титруя щелочью по фенолфталеину (нормальность щелочи известна). Для титрования берут по 5 мл приготовленных растворов. Концентрацию уксусной кислоты в растворе рассчитывают по формуле:

где Ск0 и Vк – концентрации (моль/л) и объем (мл) раствора уксусной кислоты; Сщ и Vщ – те же величины для раствора щелочи, пошедшей на титрование.

57

Данные заносят в табл.1.

Таблица 1

Определение начальной концентрации уксусной кислоты

5.Через 40 минут растворы (2 ряд) отфильтровывают от угля (фильтры не смачивать!) в заранее приготовленные сухие колбы (3-й ряд). Все растворы фильтруют одновременно. В фильтратах определяют оставшуюся не адсорбированную уксусную кислоту титрованием щелочью по фенолфталеину, так же, как в п.3 . Полученные данные заносят в табл.2.

Таблица 2

Определение конечной концентрации уксусной кислоты

5.Из полученных данных рассчитывают количество адсорбированной уксусной кислоты, результаты заносят в табл.3.

Таблица 3

Определяют постоянные α и 1/n уравнения Фрейндлиха, в и Г∞ уравнения Ленгмюра.

Вопросы к защите работы.

1.Что такое адсорбция?

2.Какие факторы влияют на адсорбцию газов (жидкостей) твердыми адсорбентами?

3.Что такое изотерма адсорбции?

4.Какие уравнения описывают адсорбцию на твердой поверхности?

5.Что означают постоянные величины в уравнениях изотермы адсорбции?

6.Как экспериментально определяется адсорбция на твердом адсорбенте?

7.Как приготовить растворы точной концентрации?

8.Что такое титрование и какова его цель?

9.Способы определения постоянных в уравнениях Фрейндлиха и Ленгмюра.

58