Экспериментальная часть
Исследование адсорбции сводится к определению концентрации раствора до и после адсорбции. Исследуется адсорбция уксусной кислоты СН3СООН на активированном угле. Исходным раствором служит 0,4 н. раствор уксусной кислоты. Из исходного раствора готовят разбавлением по 60 мл растворов следующих концентраций: 0,4; 0,3; 0,2; 0,1 М. В фарфоровой ступке растирают по 1 г угля (1 г – это 4 таблетки). От 60 мл раствора концентрации 0,4 М, отбирают 10 мл и оставляют для точного определения концентрации кислоты до адсорбции. Для адсорбции берут оставшиеся 50 мл кислоты, вводят уголь, отмечают время начала адсорбции, оставляют на 1 час. Из 10 мл кислоты отбирают объем, указанный в таблице, и титруют 0,1 н. раствором щелочи NaOH с фенолфталеином, определяют точную концентрацию кислоты по формуле:
СМ(СН3СООН)=
.
Это исходная концентрация Сисх.
Результаты заносят в таблицу 2.
Готовят 60 мл раствора уксусной кислоты 0,3 М концентрации (таблица 1), отбирают 10 мл для титрования, в оставшиеся 50 мл вводят уголь, отмечают время, оставляют на 1 час. После этого аналогичноставят адсорбцию в растворах концентрации 0,2 и 0,1 М.
Таблица 1
|
Концентрация СН3СООН, М |
V, мл 0,4 М раствора СН3СООН для приготовления растворов |
V, мл волы для приготовления растворов |
V, мл СН3СООН для титрования |
|
0,4 |
60 |
– |
5 |
|
0,3 |
45 |
15 |
5 |
|
0,2 |
30 |
30 |
5 |
|
0,1 |
15 |
45 |
10 |
После часовой выдержки растворов с углем их фильтруют через тонкий слой ваты, отбирают то же количество кислоты, что и до адсорбции и титруют раствором щелочи с фенолфталеином. Рассчитывают равновесную концентрацию уксусной кислоты после адсорбции Сравн. Результаты заносят в таблицу 2.
Таблица 2
Изменение концентрации уксусной кислоты в результате адсорбции
|
№ п/п |
V NаОН, пошедший на титрование, мл |
Исходная концентрация СН3СООН, Сисх, моль/л |
V NаОН, пошедший на титрование, мл |
Равновесная концентрация СН3СООН, Сравн, моль/л |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
Величину адсорбции, моль/г, определяют по формуле:
Г
=
;
V
– объем кислоты, взятой для адсорбции,
л; m
– масса угля.
Полученные данные занести в таблицу 3.
Таблица 3
Экспериментальные данные по адсорбции уксусной кислоты на угле
|
№ п/п |
Сравн, моль/л |
Г, моль/г |
lgCравн |
lgГ |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
Вычертить по полученным данным график изотермы адсорбции Г = f(Сравн). Вычертить по полученным данным логарифмический график в координатах lgГ–lgСравн и определить константы уравнения изотермы адсорбции Фрейндлиха k и .
Контрольные упражнения
1. Вычислить по формуле Ленгмюра величину адсорбции изоамилового спирта концентрации 0,1 103 моль/м3 и степень заполнения поверхности раздела водный раствор / воздух по данным константам: Г = 8,7 106 моль/м2, b = 42 103.
2. Вычислить величины адсорбции валериановой кислоты при 20 0С, используя уравнение изотермы Гиббса с учетомследующих данных:
|
С, моль/м3 |
16 |
40 |
100 |
200 |
254 |
300 |
|
|
28,75 10-6 |
28,25 10-6 |
27,92 10-6 |
26,72 10-6 |
25,96 10-6 |
22,16 10-6 |
Построить изотерму адсорбции в координатах Г = f(С).
3. Рассчитать константы в уравнении БЭТ и удельную поверхность катализатора, если адсорбция криптона при 77,5 К характеризуется следующими данными:
|
Р, мм рт.ст. |
0,0447 |
0,0645 |
0,159 |
0,450 |
|
V, см3/г |
0,4185 |
0,4619 |
0,5234 |
0,6313 |
Площадь, занимаемая одной молекулой криптона 19,2 10-20 м2, плотность криптона 3,739 10-3 г/см3, давление насыщенного пара криптона 2,57 мм рт. ст.
4. Используя уравнение Ленгмюра, вычислить величину адсорбции пропионовой кислоты и степень заполнения поверхности раздела водный раствор / воздух при 20 0С и концентрации 0,1 103 моль/м3 по константам уравнения Шишковского: а = 12,8 10-3 и b = 7,16 10-3.
5. Найти концентрацию органической кислоты в растворе, при которой 1 г угля адсорбирует 2,48 моль кислоты. Константы в уравнении Фрейндлиха: k = 2,8; = 0,4.