13. Адсорбция из растворов
13.1. Цель работы
1. Измерить с помощью сталагмометра значения поверхностного натяжения растворов сравнения и растворов адсорбтива, обработанных активированным углем (в дальнейшем эти растворы будут называться "фильтрат").
Построить изотерму поверхностного натяжения (градуировочный график) на базе растворов сравнения.
2. Измерить с помощью градуировочного графика концентрацию кислоты в фильтратах.
3. Рассчитать удельную адсорбцию и построить график изотермы адсорбции. Определить постоянные уравнения Фрейндлиха6.
13.2. Общие указания к работе
Подготовьте краткую теорию к отчету в соответствии с планом:
основные понятия адсорбции, в том числе: абсолютная, избыточная и удельная адсорбция.
сравнительная характеристика физической и химической адсорбции.
изотермы адсорбции, методики определения коэффициентов в уравнениях Фрейндлиха и Ленгмюра.
теории адсорбции Ленгмюра, Гиббса, уравнение Шишковского.
особенности адсорбции из растворов.
13.3. Методика эксперимента
1. Приготовление рабочих растворов.
Концентрация растворов указана в табл. 13.1. Растворы готовьте в мерных колбах объемом 100 см3 методом последовательного разведения из исходного 2 М раствора уксусной кислоты.
При последовательном разведении каждый последующий раствор заданной концентрации (см. табл.13.1.) готовится разбавлением предыдущего раствора более высокой концентрации. Раствор разбавляют во столько раз, во сколько раз концентрация предыдущего раствора превышает концентрацию последующего раствора. Для разбавления используется мерная посуда соответствующего класса точности, в том числе: мерные пипетки и мерные колбы.
Таблица 13.1.
Форма таблицы для записи экспериментальных данных
Номер раствора |
Концентрация кислоты с, моль/л в растворе |
, Н/м раствора
|
Адсорбция a, ммоль/г |
||
исходном |
фильтрате |
исходного |
фильтрата |
||
1 |
0,4 |
|
|
|
|
2 |
0,2 |
|
|
|
|
3 |
0,1 |
|
|
|
|
4 |
0,05 |
|
|
|
|
5 |
0,025 |
|
|
|
|
6 |
0,010 |
|
|
|
|
2. Методика измерения с помощью сталагмометра значения исходных растворов и растворов фильтрата.
В шарик сталагмометра до верхней риски наберите исследуемый раствор. Ослабьте зажим и, считая капли, выпустите через капилляр сталагмометра жидкость, заключенную в шарике и капилляре между отметками (рисками).
Рассчитайте поверхностное натяжение жидкости по формуле:
где 0 – поверхностное натяжение воды; и 0 – плотности растворов кислоты и воды (принимаются равными); l и l0 - число капель раствора и воды.
Внимание! Чтобы получить правильные результаты, работайте с чистым сталагмометром, установленным в штативе вертикально. Во время опыта избегайте сотрясений, толчков прибора, колебаний воздуха и изменения температуры.
3. Получение градуировочного графика (зависимость поверхностного натяжения исходных растворов от их концентрации).
Измерьте с помощью сталагмометра поверхностные натяжения исходных рабочих растворов. Результаты измерений внесите в таблицу 13.1. Постройте график зависимости поверхностного натяжения исходных растворов от их концентрации. Полученный график7 используйте в качестве градуировочного графика.
4. Адсорбция уксусной кислоты на активированном угле.
В пронумерованные сухие колбы с пробками поместите по 1 г активированного угля. Затем в каждую из колб прилейте 50 см3 рабочего раствора уксусной кислоты соответственно номеру, приведенному в табл. 13.1. Смеси энергично взбалтывайте через 3-5 мин в течение примерно 30 мин.
Дождитесь осаждения угольного порошка (или профильтруйте растворы через бумажный фильтр). Пипеткой отберите прозрачный раствор фильтрата и измерьте поверхностное натяжение.
5. Определение равновесных концентраций кислоты в адсорбтиве. Для этого используйте данные измерений поверхностного натяжения в фильтратах и градуировочный график, которым служит изотерма поверхностного натяжения, построенная в соответствие с п.3 раздела 13.3. Результаты измерений занесите в таблицу, форма которой показана выше.
13.4. Обработка результатов эксперимента.
Удельную адсорбцию
(a) рассчитайте в
ммоль/г по уравнению:
где: сисх и ср – исходная и равновесная концентрации кислоты, моль/л; V- объем кислоты взятый на адсорбцию, л.
Сделайте выводы по работе.