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 = С_0,i - С*.

Удельную адсорбцию растворенного вещества Г вычисляют по уравнению:

,

где V – объем кислоты, взятый на адсорбцию, л; m_s – 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 N_A – число Авогадро; S_M – 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.