Обработка результатов эксперимента
Исследование молекулярной адсорбции растворенного вещества из растворов на активированном угле
Цель работы: Построить изотерму адсорбции, проверить применимость к ней уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра, оценить удельную поверхность активированного угля.
Сущность работы: для границы раздела «твердое тело – раствор ПАВ» возможно прямое экспериментальное определение удельной адсорбции, например, статическим методом. В статическом методе определяют концентрацию исходного раствора, перемешиванию навески адсорбента в каждом раствора в течение определенного времени, необходимого для установления адсорбционного равновесия, фильтрованию и определению равновесной концентрации растворенного вещества в фильтратах.
Оборудование и реактивы. Перемешивающее устройство; бюретка объемом 25 мл – 1 шт.; мерная пипетка объемом 50 мл – 1 шт.; мерная пипетка объемом 5 мл – 1 шт.; колбы круглые объемом 250 мл – 4 шт.; колбы конические объемом 250 мл – 6 шт; стакан химический объемом 150 мл – 1 шт.; стакан химический объемом 50 мл – 1 шт.; стакан химический объемом 250 – 300 мл – 1 шт.; воронка химическая - 4 шт.; фильтр беззольный «белая лента» – 4 шт.; гидроксид натрия – 0,1 н.. раствор; фенолфталеин; Карбоновые кислоты (муравьиная, уксусная) – растворы (концентрация раствора кислоты указана на емкости с реактивом).
Выполнение работы
1. Получить у преподавателя раствор кислоты.
2. Отобрать пробу кислоты в химический стакан объемом 150 мл
3. Приготовить 4 раствора путем последовательного разведения в 2 раза:
1) в круглые колбы №№ 2, 3, 4 отобрать мерной пипеткой по 50 мл дистиллированной воды;
2) в колбу № 1 и 2 мерной пипеткой объемом 50 мл поместить по 50 мл исходного раствора кислоты;
3) из колбы №2 50 мл раствора перенести в колбу №3 и перемешать;
4) из колбы №3 50 мл раствора перенести в колбу №4;
5) из колбы №4 отобрать 50 мл раствора и выбросить.
4. В каждую колбу с приготовленными растворами высыпать по навеске 3 г активированного угля.
5. Колбы поставить на перемешивающее устройство на 15 минут.
6. Осторожно слить растворы через бумажный в конические колбы под теми же номерами., стараясь, чтобы основная масса угля осталась в круглой колбе.
7. Определить концентрацию кислоты в исходном С0 и равновесных С* растворах по следующей методике.
1) в 2 конические колбы отобрать по 5 мл пробы;
2) добавить немного дистиллированной воды (до толщины слоя жидкости около 5 мм);
3) прилить 2-3 капли индикатора – фенолфталеина;
4) отобрать раствор щелочи в химический стакан объемом 50 мл;
5) из стакана раствор щелочи налить в бюретку,
6) выпустить воздух из носика бюретки, для чего поднять носик бюретки, подставить стакан со щелочью и нажать на шарик;
7) довести объем щелочи в бюретке до отметки «0»;
8) титровать одну из колб с пробой кислоты раствором гидроксидом натрия до перехода окраски фенолфталеина от бесцветной к малиновой, сохраняющейся при перемешивании в течение 30 с;
9) довести объем щелочи в бюретке до отметки «0»;
10) провести титрование пробы во второй конической колбе.
Содержание протокола лабораторной работы
Масса навески угля g = …………….г
Концентрация раствора щелочи С(NaOH) = …………….экв/л
Слабый электролит (название и химическая формула)
Ориентировочная концентрация слабого электролита (указана на емкости с кислотой)
Результаты анализа проб:
№ пробы | Va, мл | V1(NaOH), мл | V2(NaOH), мл | Vср(NaOH), мл |
исходная | ||||
Обработка результатов эксперимента
1. Заполнить таблицу
№ | концентрация раствора, моль/л | DС, моль/л | Г, моль/кг | С/Г | lgC | lgГ | 1/C | 1/Г | |
С0 | С* | ||||||||
С0, i рассчитывают по результатам титрования с учетом разведения пробы (С0,2 = С0/2, С0,3 = С0/4 и т. д.).
С* вычисляют по результатам титрования:
.
DС = С0,i - С*.
Удельную адсорбцию растворенного вещества Г вычисляют по уравнению:
,
где V – объем кислоты, взятый на адсорбцию, л; ms – навеска адсорбента (активированного угля), кг.
2. Построить изотерму удельной адсорбции кислоты в координатах Г = f(C).
3. Построить изотерму адсорбции Фрейндлиха
lgГ = lga + (1/n)lgC
(линейная зависимость lgГ = f(C)) и вычислить коэффициенты уравнения Фрейндлиха.
4. Построить зависимость в координатах С/Г = f(C) и 1/Г = f(1/C) (изотерма адсорбции по Ленгмюру )
5. Определить константы уравнения Ленгмюра Г∞ и K по графику С/m = f(C): или по графику 1/Г = f(1/C):
.
6. Оценить удельную поверхность активированного угля по уравнению:
,
где NA – число Авогадро; SM – площадь поперечного сечения молекулы адсорбата, равная для карбоновых кислот 20,5×10-20 м2.
Содержание отчета по лабораторной работе
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Ход эксперимента.
4. Экспериментальные данные (см. протокол к лабораторной работе).
5. Обработка экспериментальных данных.
6. Вывод.