Работа 4. Измерение адсорбции уксусной кислоты из растворов активированным углем

4 часа

Цель работы:

1. Наблюдать адсорбцию на границе жидкой и твердой фазы.

2. Построить изотерму адсорбции уксусной кислоты активированным углем.

3. Построить изотерму адсорбции в логарифмических координатах и найти из значение a и n в уравнении Фрейндлиха.

План занятия

1. Сдача теоретического минимума (допуска) к работе.

2. Приготовление растворов уксусной кислоты заданной концентрации.

3. Изучение зависимости адсорбции от концентрации растворенного вещества.

4. Составление отчета о работе.

Основная литература

1. Зимон А.Д. Физическая химия. Изд. 3-е. М.: Агар, 2006. – с. 100-104.

2. Зимон А.Д. Коллоидная химия. Изд. 5-е. М.: Агар, 2007. – с. 148-101.

Дополнительная литература

1. Болдырев А. И. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 2003

2. Физическая химия. / К.С. Краснов, Н. К. Воробьев, И. Н. Годнев и др.; Под. Ред. К. С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1995

Вопросы для самоподготовки

1. Дайте определение понятиям: сорбция, адсорбция, абсорбция, десорбция. Приведите примеры.

2. Объясните причины и механизмы адсорбции и капиллярная конденсация? Покажите на примерах.

3. Что такое активная адсорбция и капиллярная конденсация? Покажите на примерах.

4. Какие факторы влияют на адсорбцию? В чем выражается их действие?

5. Пользуясь принципом Ле Шателье, определите, как будет изменяться величина адсорбции с повышением температуры. Изобразите график, показывающий эту зависимость.

6. Приведите уравнения, выражающие зависимость адсорбции от давления. При всяких ли давлениях справедливы эти уравнения?

7. Изобразите график, показывающий зависимость адсорбции газа твердым телом от давления. Покажите, какой вид будет иметь уравнение Фрейндлиха для каждой из трех областей графика: области Генри, переходной области и области насыщения.

8. Покажите, есть ли связь между эмпирическим уравнением Фрейндлиха и уравнением Лэнгмюра.

9. В чем состоит сущность графического метода определения констант в уравнении Фрейндлиха и в уравнении Лэнгмюра?

10. Что такое обменная адсорбция? Каково её практическое значение?

11. В чем отличие физической адсорбции от хемосорбции?

12. Уголь А адсорбирует из водных растворов хлорид хинина при малых концентрациях хуже, а при больших лучше, чем уголь В. Начертите изотермы адсорбции для угля А и угля В.

13. Что такое поверхностное натяжение и как оно возникает?

14. Какие существуют методы измерения поверхностного натяжения?

15. Какие вещества называются поверхностно-активными? Приведите примеры.

16. Какая существует связь между длиной углеводородной цепи вещества, его растворимостью и адсорбируемостью в растворе?

17. Напишите уравнение количественного соотношения между величиной адсорбции и изменением поверхностного натяжения с концентрацией раствора. В чем состоит практическое значение этого уравнения?

Краткие методические рекомендации

Точная концентрация растворов уксусной кислоты в колбах находится методом титрования рабочим раствором гидроксида натрия. Титрование уксусной кислоты из каждой колбы проводится в двух – трехкратной повторности с соблюдением всех приемов титрИметрии освоенных Вами в курсе аналитической химии. В качестве индикатора используют раствор фенолфталеина. Титрование, проведенное с высокой точностью, позволит построить изотерму адсорбции в обычных координатах, а изотерма адсорбции в логарифмических координатах дает правильные значения постоянных a и n для уравнения Фрейндлиха.

Принадлежности для работы

Шесть колб на 250 мл с корковыми пробками; шесть конических колб на 150 мл; пипетки на 5, 10, 25 и 50 мл; бюретка на 25 мл с делениями для титрования; шесть воронок для фильтрования; фильтровальная бумага; активированный уголь; весы технические с разновесами; 2 М раствор уксусной кислоты; 0,1 М раствор гидроксида натрия (рабочий раствор).

Ход работы:

Разбавлением 2М раствора уксусной кислоты приготовляют в шести колбах растворы примерно следующих концентраций и в количествах, указанных в таблице 1. Для расчета необходимого количества 2 М уксусной кислоты, для каждой из шести колб, можно использовать правило пропорциональности. Для уксусной кислоты молярность и нормальность совпадают, поэтому Nисх × Vисх = Nкон ×Vкон

Nисх и Vисх – нормальность (молярность) и объем исходного раствора

уксусной кислоты.

Nкон и Vкон - нормальность (молярность) и объем конечного раствора

уксусной кислоты.

Таблица 4

	номера колб
Объем раствора уксусной кислоты, который необходимо приготовить, мл.
Концентрация кислоты в колбе, моль/л.	0,012	0,025	0,05	0,1	0,2	0,4

Точное содержание уксусной кислоты определяют титрованием 0,1 м раствором NaOH (индикатор – фенолфталеин), причем из колб № 1, 2 и 3 пипеткой отбирают по 50 мл, из колбы № 4 – 25 мл, из колбы № 5 – 10 мл и из колбы № 6 – 5 мл раствора. Таким образом во всех колбах остается по 100 мл раствора. В каждую колбу вносят по 3 г активированного угля. Затем тщательно взбалтывают все колбы в течении 10 мин. Отфильтровывают отдельно содержимое каждой колбы через бумажные фильтры. Отобрав из фильтров пробы пипеткой в таких же количествах, какие были взяты для первоначального титрования, определяют титрованием концентрацию уксусной кислоты. Разность между результатами первого титрования и второго (после пересчета на 100 мл) дает количество уксусной кислоты x, поглощение 3 г угля из 100 мл раствора.

Титрованием раствора уксусной кислоты до добавления угля определяют ее первоначальную концентрацию C в пересчете на миллилитры 0,1 М раствора гидроксида натрия, а титрованием фильтрата – ее концентрацию после адсорбции:

x =

Результаты наносят на график, причем на оси абсцисс наносят значение , а на оси ординат – значение , где – масса поглотителя. Полученная кривая есть изотерма адсорбции. Для графического определения значения a и n , как было указано выше, откладывают на оси абсцисс, значение lg – на оси ординат . Найденные точки должны лежать на прямой линии. Измеряют величину тангенса угла наклона прямой к оси абсцисс, что дает величину n. Расстояние точки пересечения прямой с осью ординат от начала координат соответствует значению величины a .

Таблица 5

№ колбы	Приблизительная концентрация	C		C- = x		lg	lg

Отчет о работе

1. Вычислить по полученным данным график изотермы адсорбции.

2. Вычертить логарифмический график и пот нему определить значение n и a.

Работа 5.